菠蘿葉納米纖維素-殼聚糖復(fù)合膜的制備及其性能研究.pdf

1、殼聚糖(CTS)是一種環(huán)境相容性好、可再生、資源豐富的天然多糖類生物大分子,具有優(yōu)良的抑殺菌作用和成膜性,是理想的生物質(zhì)材料之一,在食品保鮮及包裝等方面具有良好的應(yīng)用前景。但目前 CTS膜材料存在物理機(jī)械性能不理想和成本高等問(wèn)題。為了拓寬CTS在包裝材料中的應(yīng)用領(lǐng)域和價(jià)值,目前人們對(duì)CTS的改性主要針對(duì)的是如何提高 CTS材料的機(jī)械性能、耐水性能以及阻隔性能上。無(wú)機(jī)增強(qiáng)材料如磷酸鈣、碳酸鈣、蒙脫土以及碳納米管等雖然都具有良好的增強(qiáng)效果,

2、但是與CTS的界面性能存在明顯的差異,另外這類復(fù)合物作為包裝材料在安全性上還有待研究。而目前較多CTS的物理改性,雖然在CTS材料單方面性能的改善上取得了效果,卻忽略了 CTS本身存在的優(yōu)點(diǎn)如降解性、食品包裝安全性等,甚至有些產(chǎn)生了負(fù)面的影響。因此,需要尋求一種更為全面、更有效率的組分或增強(qiáng)材料,以提高 CTS材料的綜合性能。
　　菠蘿葉納米纖維素是一種來(lái)源廣、強(qiáng)度高、密度小、成本低以及對(duì)環(huán)境無(wú)害的天然高分子材料。棒狀菠蘿葉納米纖

3、維素具有較大的長(zhǎng)徑比和完整的結(jié)晶結(jié)構(gòu),會(huì)產(chǎn)生一系列特殊的納米效應(yīng),例如力學(xué)性能優(yōu)異,熱穩(wěn)定性好,因此是 CTS膜較好補(bǔ)強(qiáng)填料之一。
　　本課題選取菠蘿葉納米纖維素作為增強(qiáng)材料,對(duì) CTS進(jìn)行共混改性研究,考察菠蘿葉納米纖維素對(duì) CTS膜的機(jī)械性能、動(dòng)態(tài)機(jī)械性能、溶脹性能、透光性能等的影響,探討這類復(fù)合材料在綠色包裝材料中的應(yīng)用領(lǐng)域和價(jià)值。主要的研究?jī)?nèi)容和結(jié)果如下:
　　(1)制備成的菠蘿葉納米纖維素采用多種方法進(jìn)行表征。納米

4、粒度分析儀、掃描電子顯微鏡(SEM)和透射電子顯微鏡(TEM)分析顯示:菠蘿葉纖維的NCC的形狀為棒狀,長(zhǎng)度為100-700nm,直徑為10-50nm,長(zhǎng)徑比較大。傅里葉紅外光譜(FT-IR)和X-射線衍射(XRD)分析表明:NCC依然保持了纖維素的基本化學(xué)組成,菠蘿葉納米纖維素的結(jié)晶度從57.8％增加到了82.7%。
　　(2)通過(guò)熱分析技術(shù)對(duì)脫膠的菠蘿葉纖維及菠蘿葉納米纖維素的熱穩(wěn)定性能進(jìn)行了研究。運(yùn)用熱重分析法對(duì)PALF納米

5、纖維素須熱穩(wěn)定性進(jìn)行了研究。實(shí)驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn),脫膠后微米級(jí)PALF在氮?dú)猸h(huán)境里的熱降解為一步反應(yīng),而PALF的納米纖維素在氮?dú)庵械臒峤到鉃槎椒磻?yīng)。隨著升溫速率的增加,PALF及其納米纖維素降解溫度均增加;升溫速率B對(duì)降解率Cp和Cf幾乎無(wú)影響;PALF的熱降解反應(yīng)活化能E隨降解率α的變化而變化,先升高而后降低。
　　(3)菠蘿葉納米纖維素/殼聚糖復(fù)合膜(超聲時(shí)間、超聲功率)制備的單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:超聲時(shí)間為24min、超聲功率為1

6、50w,制備出的復(fù)合膜的力學(xué)性能最大;在最優(yōu)的制備條件下,甘油添加量為0.25g時(shí),復(fù)合膜的力學(xué)性能和斷裂伸長(zhǎng)率達(dá)到最佳組合。
　　(4)復(fù)合膜截面的(掃描電子顯微鏡) SEM圖表明,菠蘿葉納米纖維素在殼聚糖(CTS)基體中分散性良好;通過(guò)傅里葉紅外光譜(FT-IR)分析共混膜內(nèi)分子基團(tuán)的變化,表明復(fù)合膜中的靜電力和氫鍵作用較強(qiáng);通過(guò)XRD(X射線衍射)分析,加入NCC,使得CTS膜的結(jié)晶情況發(fā)生了變化。
　　(5)通過(guò)機(jī)械

7、性能測(cè)試,分析了復(fù)合膜在干態(tài)、濕態(tài)下,菠蘿葉納米纖維素對(duì)復(fù)合膜的拉伸強(qiáng)度及斷裂伸長(zhǎng)率的影響。加入納米纖維素,使得增塑后的復(fù)合膜干態(tài)下和濕態(tài)下的拉伸強(qiáng)度分別由53.72 Mpa增加到73.36 Mpa和12.88 Mpa增加到26.00 Mpa;在干態(tài)下斷裂伸長(zhǎng)率有31.12%減小到12.7%,而濕態(tài)下卻由15.36%增加到35.2%。
　　(6)動(dòng)態(tài)機(jī)械性能(DMA)測(cè)試數(shù)據(jù)分析可知,菠蘿葉納米纖維素的加入,對(duì)復(fù)合膜的儲(chǔ)能模量產(chǎn)生