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为了缓解“白色污染”的日趋严重及世界石油资源的日益枯竭问题,并且提高人们生活质量,研究和开发天然抗菌高分子降解膜从而取代塑料包装具有极其重要的意义,目前在此方面的研究还没见到,只有一些推论性的报道,因而进一步制备、研究证实抗菌高分子降解膜倍受关注。
所以本研究提出充分利用纤维素和壳聚糖这类含量丰富的天然有机高分子化合物,采用改性和共混两种途径制备天然高分子抗菌降解膜。改性是以精制棉为基本原料,与季铵盐进行季铵化反应制备得到季铵盐纤维素,得到的阳离子纤维素可作为抗菌剂又可经过成膜作为抗菌膜使用。共混是将羟乙基纤维素粉和壳聚糖乙酸水溶液共混制得羟乙基纤维素/壳聚糖混合膜。另外在定性滤纸上涂一薄层羟乙基纤维素/壳聚糖乙酸水溶液混合液,即得滤纸增强膜,以期将该滤纸增强膜用作水果套袋,可延长贮存期,避免了浸涂保鲜剂直接与水果接触带来的不便。使用抗菌材料制备包装薄膜,就可以抑制包装上微生物的生长,预防微生物在包装材料表面的定植和繁衍,从而进一步防止物品的变质,提高薄膜包装保护功能;并且其生产过程和产品使用完废弃物不会造成环境污染,避免了二次污染。
在研究过程中,尽可能地尝试了目前高分子抗菌材料领域中的主要研究方法和热点问题。抗菌剂采用季铵盐抗菌剂,抗菌剂的载体选天然高分子可降解材料-纤维素,在抗菌基团的引入方法上,采用了共价键以及配位键引入的方法;膜的制备采用沉浸凝胶法和溶液浇铸法;在抗菌测试上,采用改进的抑菌圈测试方法。
元素分析显示阳离子纤维素氮含量明显比原纤维素高,计算其取代度为0.04左右;红外谱图表明:醚化反应发生,季胺离子接枝到纤维素上;扫描电镜能明显看到白色抗菌基团均匀分布在纤维素载体上;抗菌测试进一步证实季胺离子接枝到纤维素上,从而起到抗菌作用。拉伸性能分析4.2%的阳离子纤维素膜拉伸强度为19.23MPa,断裂伸长率为30.05%;质量比1∶1的羟乙基纤维素/壳聚糖共混膜拉伸强度为34.4MPa,断裂伸长率为5.37%;羟乙基纤维素/壳聚糖滤纸增强膜拉伸强度为43.34MPa,断裂伸长率为6.62%。抗菌测试表明羟乙基纤维素/壳聚糖共混膜和羟乙基纤维素/壳聚糖滤纸增强膜均具有优良的抗菌性;经扫描电镜分析得知:阳离子纤维素膜微孔分布均匀,孔径在300nm~600nm之间,羟乙基纤维素/壳聚糖共混膜混合均匀;透光度测试和折痕分析表明阳离子纤维素膜和羟乙基纤维素/壳聚糖共混膜均具有较好透明度,并且折叠后均无明显折痕,柔软度较好。土埋生物降解研究结果表明:本实验所制得高分子膜具有符合环保要求的自然降解性,不会造成环境污染。亲水性测试表明:阳离子纤维素膜为亲水性膜,羟乙基纤维素/壳聚糖共混膜和羟乙基纤维素/壳聚糖滤纸增强膜为疏水性膜。