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本论文将壳聚糖进行季铵化改性,改性后的壳聚糖季铵盐作为纸张抗菌剂应用到抗菌纸中,从而拓宽了其在造纸中的应用。
对壳聚糖进行季铵化改性,是开拓壳聚糖应用领域的重要环节。到目前为止,在壳聚糖骨架上引入季按盐是增强壳聚糖抗菌活性以及在整个pH范围水溶性的有效方法。鉴于此,以壳聚糖为原料,采用过氧化氢氧化降解法,制备粘均分子量为10000左右的降解壳聚糖。然后以异丙醇为反应介质,在碱性条件下与缩水甘油三甲基氯化铵反应制备水溶性壳聚糖季铵盐。通过正交实验确定制备壳聚糖季铵盐抗菌剂的最佳工艺条件:壳聚糖与GTMAC摩尔比为1:4,反应温度90℃,反应时间16h,反应介质比为1:20。
通过抑菌实验发现,壳聚糖季铵盐HACC对革兰氏阳性菌的代表菌种金黄色葡萄球菌及革兰氏阴性菌的代表菌种大肠杆菌的最低抑制浓度MIC分别为0.1mg/mL及0.25mg/mL,对霉菌的代表菌种黑曲霉菌也有较好的抑制效果。通过壳聚糖季铵盐与壳聚糖、羧甲基壳聚糖的微生物比较实验发现:壳聚糖季铵盐具有比壳聚糖及羧甲基壳聚糖优越的抗菌活性,是一种具有抑菌广谱性的抗菌剂。
将壳聚糖羟丙基三甲基氯化铵配成溶液,然后用表面处理的方法制备抗菌纸,与浆内添加的方法比较,利用表面处理的方法生产抗菌纸,避免了抗菌剂的流失,不仅降低了生产成本,而且有益于环境保护。
将壳聚糖季铵盐作为纸张抗菌剂以表面处理的方法添加在纸张上,制备的抗菌纸的抗张指数和耐破指数有所增加;厚度和撕裂指数没有明显变化;白度略有下降。此抗菌纸对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌有较高的抑菌率,对黑曲霉菌有一定的抑制效果,对三种菌种的抑制效果均随壳聚糖季铵盐用量的增大而增强。综合抗菌纸表面处理工艺参数对纸张物理性能及抗菌性能的影响以及生产成本等因素,确定了壳聚糖季铵盐抗菌纸表面处理最佳用量为0.4g/m2,抗菌剂浓度为0.3%左右。