Engineering Mechanically Strong and Bioactive Gelatin-Based Supramolecular Plastics via Hydrogen Bonding and Coordination Interactions for Food Packaging

材料科学 超分子化学 食品包装 极限抗拉强度 复合数 纤维素 化学工程 聚合物 氢键 纳米纤维 超分子组装 热稳定性 活性包装 超分子聚合物 纳米技术 复合材料 涂层 静电纺丝 自组装 过氧化氢 纳米颗粒 模数 接触角 延伸率 纳米纤维素 动态力学分析 多孔性 细菌纤维素 相(物质)
作者
Xinyue Wang,Tengteng Zhang,Xuehai Gong,Yanbei Wu,Yanbei Wu,Zhengyu Zhao,Zekun Wang,Wei Zhong Ding,Yibo Wu,Yibo Wu
出处
期刊:Biomacromolecules [American Chemical Society]
卷期号:27 (8): 5828-5842
标识
DOI:10.1021/acs.biomac.6c01328
摘要

Developing high-performance biopackaging is crucial for mitigating plastic pollution and advancing a sustainable circular economy. Guided by a supramolecular design strategy, this work presented a novel, mechanically strong, and bioactive gelatin-based composite plastic film constructed by sequentially incorporating carboxylated cellulose nanofibers (CCNF), gallic acid (GA), and Al3+, forming a multicross-linked network. The rigid CCNF phase drastically enhanced surface hydrophobicity (water contact angle: 113.9°). GA incorporation achieved near-complete DPPH/ABTS+ free radical scavenging (∼100%), validated by practical blueberry preservation, and increased elongation at break by 384%, indicating a brittle-to-ductile transition. Subsequent Al3+ coordination further strengthened the composite film, yielding a tensile strength of 28.7 MPa and a Young's modulus of 828 MPa. The final multicross-linked film (GCGAF) exhibited excellent thermal stability, robust gas barrier properties, notable antibacterial activity, and favorable biodegradability. This work provides an effective strategy for fabricating high-performance gelatin-based supramolecular plastics with balanced and superior properties for practical packaging applications.
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