Study preparation on poly(vinyl alcohol)/starch film for medical packaging

Abstract

Presently, there are many applications for flexible plastic packaging. It’s used for containing the infected clothes of patients in the hospital because these infected clothes can contain a variety of pathogenic bacteria, such as Escherichia Coli (E. Coli) and Staphylococcus Aureus (S. Aureus), as well as different types of viruses. The goal of this study was to develop poly (vinyl alcohol) (PVOH) and pregelatinized starch (P-St) blend films by adding HPQM and TRIAMEEN antibacterials for biodegradable, water-soluble, and antibacterial film packaging. The blend films were produced by blown film extrusion. This research was divided into two parts. Firstly, the effect of PVOH/P-St weight ratios (90:10, 80:20, 70:30, and 60:40) with a fixed glycerol content (G) of 20 phr on the chemical structure, rheological properties, thermal properties, water solubility, mechanical properties and morphological properties of PVOH/G/P-St blend films. As a result, the addition of higher P-St content into PVOH/G could reduce the rheological properties, thermal properties, and solubility properties. In addition, when considering morphological and mechanical properties, it was found that PVOH/G with 20% P-St film possessed the highest value in mechanical properties, and P-St had a good distribution in PVOH/G matrix. However, PVOH60/G/P-St40 blend film was selected for blending with the antibacterial agents in the second part because PVOH60/G/P-St40 blend film had the properties similar to those of commercial blend film. Moreover, it could reduce cost of materials. Secondly, the effects of the antibacterial agent types (HPQM and TRIAMEEN) and amounts (500, 1000, and 1500 ppm) on the antibacterial efficacy of PVOH/G/P-St composite films. As a result, PVOH60/G/P-St40 blend film with HPQM was more effective against E. Coli and S. Aureus than the one with TRIAMEEN. Considering the effect of antibacterial content, PVOH60/G/P-St40 blend film with 1000 ppm of HPQM possessed a 100% reduction in bacteria of E. Coli and PVOH60/G/P-St40 blend film with 500 ppm of HPQM possessed a 100% reduction in bacteria of S. Aureus. Furthermore, the PVOH60/G/P-St40 blend film with 1500 ppm of TRIAMEEN possessed a 93.14% reduction in bacteria of E. Coli and 100% of S. Aureus. Finally, PVOH60/G/P-St40 blend with HPQM 1000 ppm is the suitable for producing the water soluble laundry bag.

ปัจจุบันทางการแพทย์ได้มีการใช้งานบรรจุภัณฑ์พลาสติกชนิดอ่อน (Flexible packaging) จำพวกฟิล์มพลาสติกเป็นจำนวนมาก โดยเฉพาะอย่างยิ่งในการใช้งานสำหรับใส่ผ้าเปื้อนต่าง ๆ ของผู้ป่วยในโรงพยาบาล เนื่องจากผ้าเปื้อนเหล่านี้อาจมีเชื้อแบคทีเรียที่ก่อให้เกิดโรคต่าง ๆ ได้ เช่น เชื้อแบคทีเรียแกรมลบชนิด Escherichia Coli (E. Coli) และเชื้อแบคทีเรียแกรมบวกชนิด Staphylococcus Aureus (S. Aureus) รวมถึงไวรัสประเภทต่าง ๆ ดังนั้นงานวิจัยนี้จึงมีแนวคิดในการพัฒนาฟิล์มพลาสติกที่สามารถย่อยสลายทางชีวภาพ สามารถละลายน้ำและมีประสิทธิภาพในการยับยั้งเชื้อแบคทีเรียได้ โดยผลิตจากพอลิไวนิลแอลกอฮอล์ (Poly (vinyl alcohol, PVOH)) ผสมกับแป้งพรีเจลาติไนซ์ (Pregelatinized starch, P-St) และเติมสารยับยั้งเชื้อแบคทีเรียชนิดเอชพีคิวเอ็มรูปแบบสารละลาย (HPQM) และชนิดไตรเอมีน (TRIAMEEN) ซึ่งขึ้นรูปฟิล์มพลาสติกผ่านกระบวนการอัดรีดแบบเป่าฟิล์ม (Blown film extrusion) โดยงานวิจัยนี้แบ่งการศึกษาเป็น 2 ตอน ตอนที่ 1 ศึกษาผลของอัตราส่วนโดยน้ำหนักของ PVOH/P-St (90:10, 80:20, 70:30 และ 60:40) โดยผสมกลีเซอรอล (Glycerol, G) 20 phr ต่อโครงสร้างทางเคมี สมบัติการไหล สมบัติทางความร้อน สมบัติการละลายน้ำ สมบัติทางสัณฐานวิทยา และสมบัติเชิงกลของฟิล์มผสม PVOH/G/P-St พบว่าเมื่อเติม P-St ใน PVOH/G ปริมาณสูงขึ้น ทำให้ฟิล์มมีสมบัติการไหล สมบัติทางความร้อน และสมบัติการละลายลดลง นอกจากนี้เมื่อพิจารณาสมบัติทางสัณฐานวิทยา และสมบัติเชิงกล พบว่าเมื่อเติม P-St ใน PVOH/G ปริมาณ 20% โดยน้ำหนัก อนุภาค P-St เกิดการกระจายตัวใน PVOH/G ได้ดี ทำให้สมบัติเชิงกลของฟิล์มผสม PVOH80/G/P-St20 ดีที่สุด แต่งานวิจัยนี้เลือกฟิล์มผสม PVOH60/G/P-St40 เป็นอัตราส่วนที่เหมาะสมในการนำไปผสมกับสารยับยั้งเชื้อแบคทีเรียในตอนที่ 2 เนื่องจากฟิล์มผสม PVOH60/G/P-St40 มีสมบัติใกล้เคียงกับฟิล์มที่ใช้ทั่วไปทางการค้า (Commercial) และสามารถลดต้นทุนการผลิตได้เยอะกว่าฟิล์มผสม PVOH80/G/P-St20 ถึง 2 เท่า ตอนที่ 2 ศึกษาชนิดสารยับยั้งเชื้อแบคทีเรีย (HPQM และ TRIAMEEN) และปริมาณ (500, 1000 และ 1500 ppm) ต่อประสิทธิภาพการยับยั้งเชื้อแบคทีเรียของฟิล์มผสม PVOH/G/P-St พบว่า ฟิล์ม PVOH60/G/P-St40 ที่เติมสารยับยั้งเชื้อแบคทีเรียชนิด HPQM มีประสิทธิภาพในการยับยั้งเชื้อแบคทีเรียชนิด E. Coli และ S. Aureus สูงกว่าฟิล์ม PVOH60/G/P-St40 ที่เติมสารยับยั้งเชื้อแบคทีเรียชนิด TRIAMEEN เมื่อพิจารณาผลของปริมาณสารยับยั้งเชื้อแบคทีเรีย พบว่า ฟิล์ม PVOH60/G/P-St40 ที่ผสมสารยับยั้งเชื้อแบคทีเรียชนิด HPQM 1000 ppm สามารถยับยั้งเชื้อแบคทีเรียชนิด E. Coli ได้ 100% ส่วนฟิล์ม PVOH60/G/P-St40 ผสม HPQM 500 ppm สามารถยับยั้งเชื้อแบคทีเรียชนิด S. Aureus ได้ 100% ในขณะที่ฟิล์ม PVOH60/G/P-St40 ผสมสารยับยั้งเชื้อแบคทีเรียชนิด TRIAMEEN 1500 ppm สามารถยับยั้งเชื้อแบคทีเรียชนิด E. Coli ได้ 93.14% และ ชนิด S. Aureus ได้ 100% ดังนั้น ฟิล์ม PVOH60/G/P-St40 ผสม HPQM 1000 ppm เหมาะสมสำหรับนำมาผลิตถุงซักผ้าละลายน้ำ