Антимикробные свойства ПЭТ-пластика усиливаются с помощью плазменной обработки и наночастиц цинка

Полимеры незаменимы в современной упаковке пищевых продуктов благодаря своей низкой стоимости, лёгкому весу, гибкости и химической стабильности. Они создают важный барьер, защищая продукты от влаги, кислорода, солнечного света и микроорганизмов, вызывающих порчу и риски для здоровья. Среди них особенно ценится ПЭТ (полиэтилентерефталат) за его прозрачность, стабильность и высокие механические свойства.

Однако обычные ПЭТ и другие недорогие полимеры имеют ограничения в свойствах поверхности, таких как смачиваемость, адгезия и устойчивость к росту микроорганизмов. Обработка полимеров холодной плазмой и включение наночастиц (НЧ), таких как оксид цинка (ZnO), может улучшить антимикробную активность полимера, его транспортные свойства, биоразлагаемость и защиту от ультрафиолетового излучения.

Команда учёных из Института физики в Загребе в сотрудничестве с партнёрами разработала простой метод синтеза композитов ПЭТ/ZnO с использованием коммерческих ПЭТ-плёнок. Исследование недавно было опубликовано в журнале Applied Surface Science Advances.

Процесс включает обработку коммерческих ПЭТ-плёнок струёй плазмы при атмосферном давлении (APPJ), покрытие их наночастицами ZnO и повторение плазменной обработки для надёжного внедрения частиц в поверхность. Это создаёт уникальное двумерное включение наночастиц, которое улучшает характеристики ПЭТ там, где свойства поверхности имеют решающее значение, например, антимикробную активность.

Для получения наночастиц ZnO исследователи использовали импульсную лазерную абляцию в воде, обеспечив высокую чистоту. Атомно-силовая микроскопия (AFM) показала, что плазменная обработка протравила поверхность ПЭТ, увеличив её шероховатость с 6 нм до 13 нм и создав более однородное распределение наночастиц по поверхности.

Важно отметить, что тесты на выщелачивание подтвердили, что почти весь Zn надёжно встроен в поверхность ПЭТ, что является ключевым фактором для производительности, безопасности для окружающей среды и человека, а также устойчивости. Кроме того, улучшенные ПЭТ-плёнки показали до 29% улучшение защиты от ультрафиолетового излучения, что помогает сохранить качество пищевых продуктов в течение более длительных периодов и продлить срок хранения. Хотя плазменная обработка снизила эластичность ПЭТ, добавление наночастиц ZnO в диапазоне 200–500 мкл укрепило материал.

Особенно примечательно, что при самой высокой протестированной концентрации ZnO (245,75 мг Zn/кг ПЭТ) композиты достигли почти 100% антибактериальной эффективности против Escherichia coli и Staphylococcus aureus.

«Эти результаты подчёркивают эффективность нашего метода синтеза, демонстрируя сильные антимикробные свойства против обеих бактериальных штаммов. Важно отметить, что тест на выщелачивание подтвердил, что наночастицы надёжно внедрены в поверхность ПЭТ, что демонстрирует потенциал этих антибактериальных поверхностей для применения в упаковочной промышленности», — заключает Рафаэла Радичич, первый автор статьи.

Предоставлено Институтом физики Загреба.

Источник