湿相分离法成型壳聚糖膜及其性能研究

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壳聚糖是迄今发现的唯一天然碱性多糖,它能溶于醋酸等有机酸,具有无毒性、可生物降解性、抗菌性、良好的生物相容性等,因此在医药、纺织、印染、食品、化工、造纸、生物、农业等众多领域具有很大应用价值。近二十年,国内外学者对壳聚糖的结构、性能等进行了系统研究,已取得共识,研究的重点转入实际应用,制备壳聚糖膜是其中一个重要的应用领域。在壳聚糖膜的研究中,关于超滤膜、反渗透膜、渗透蒸发膜、医学用膜、离子交换膜等的探讨比较系统,也取得了长足的进展。基于壳聚糖的抗菌性、无毒和绿色环保性,壳聚糖膜在包装领域有广阔的应用前景,但目前对壳聚糖包装膜的研究还处于起步阶段,膜的性能离实际应用尚有一定距离。所以,对包装膜的成型方法、结构和性能进行系统研究,改善其物理机械性能,为壳聚糖包装膜的实际应用提供理论依据无疑是很有意义的工作。 传统的壳聚糖膜成型方法是壳聚糖溶液流延后加热去除溶剂,但此法脱除溶剂较慢,通常需要10小时左右甚至更长,制得的壳聚糖膜结构缺陷多,脆性大,拉伸强度在8MPa以下,限制了其在膜材料方面的应用。本论文摒弃传统的加热去除溶剂制备壳聚糖膜的传统方法,建立一种新的壳聚糖膜成型方法--湿相分离法。以壳聚糖为原料、乙酸水溶液为溶剂、分别采用单组份和双组分凝固浴湿相分离法制备壳聚糖膜。提出湿相分离法成型的理论模型,系统研究成型条件对膜结构与性能的影响。较大程度上改善了壳聚糖膜的结构与性能,产物拉伸强度达到12.44Mpa,伸长达5.3%。主要内容如下: 主要内容如下: 1.壳聚糖膜凝固过程的的双扩散和化学反应,建立湿相分离法成型壳聚糖膜的理论模型; 2.系统研究成型条件对壳聚糖膜结构与性能的影响。结果表明,适当延缓流延液的凝固速率可减少膜内部结构中的空洞和裂纹,获得更均匀的结构;在碱性凝固浴中加入硫酸钠,其主要作用是使壳聚糖溶液中的大分子因脱水而凝固,同时硫酸钠还有很强的渗透芯层的能力,使得膜内外结构趋于一致,显著改善膜的力学性能: 3.通过加热干燥和热处理对壳聚糖膜进行后处理。研究不同后处理方法及参数对膜结构和性能的影响。结果表明,热处理后的膜内部孔洞缩小,出现的裂纹也有所修补,形成结构更加致密的膜; 4.采用戊二醛为交联剂对壳聚糖膜进行处理,通过戊二醛与壳聚糖葡萄糖胺环上的羟基和氨基分别发生缩醛化和Schiff碱反应而形成交联结构以改善壳聚糖膜的性能。探讨反应条件对交联膜强度的影响。结果发现用戊二醛为交联剂对壳聚糖膜进行交联反应处理可有效地提高膜的强度和热性能。
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