多交联网络壳聚糖基复合材料的制备与性能研究

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壳聚糖基复合膜材料具有良好的生物降解性、生物相容性、可持续性,被广泛应用于食品包装、组织工程、药物载体和废水净化等领域。然而,壳聚糖薄膜存在力学性能较差、韧性差等问题限制了其应用。本文采用物理交联和化学改性等方法制备了三种壳聚糖基复合膜,通过多交联网络构筑了内部复合结构,实现了对壳聚糖基复合膜机械性能的调控,揭示了网络结构调控机理,并研究了紫外线阻隔、抗氧化和抗菌等性能。主要内容如下:(1)壳聚糖/超支化聚乙烯亚胺/铁离子复合膜的制备与研究。通过引入超支化聚乙烯亚胺这一柔性高分子,在复合膜内部构筑了氢键网络结构,实现了壳聚糖膜的断裂伸长率和韧性的调控。当超支化聚乙烯亚胺的加入量为20%时,断裂伸长率和韧性分别为92.5%、15.3 MJ/m~3,对比壳聚糖膜10.3%的断裂伸长率提高了798.1%。通过引入铁离子在内部形成金属配位键和氢键的协同网络,在保持较高断裂伸长率同时提高拉伸强度。超支化聚乙烯亚胺和铁离子的引入还可以提高复合膜对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抗菌性能。(2)壳聚糖/氧化单宁酸复合膜的制备与研究。通过壳聚糖和氧化单宁酸发生席夫碱反应,在复合膜内部构筑化学网络和氢键网络,提高了复合膜的拉伸强度。当加入20%的单宁酸时,复合膜的力学拉伸强度为80.7 MPa,加入3%的氧化单宁酸加入后形成的复合膜的拉伸强度为84.0 MPa;与壳聚糖膜拉伸强度相比,分别提高了89.4%和97.2%。同时研究了单宁酸和氧化单宁酸的加入对紫外线阻隔性能、抗菌性能及抗氧化性能的影响。(3)壳聚糖/咖啡酸/铁离子复合膜的制备与研究。通过咖啡酸酚羟基自氧化所形成的邻醌结构,与壳聚糖分子间发生席夫碱反应生成化学键,进而构建化学键、金属配位键和氢键的协同网络结构,调控复合膜的力学性能,研究复合网络结构的形成和调控机理。研究了咖啡酸和铁离子的加入对紫外线阻隔性能的影响,当咖啡酸加入量为0.3 mmol时,复合膜溶液在365nm处的紫外线透过率相比壳聚糖溶液降低了99.38%,加入铁离子则会进一步提高紫外线阻隔性能。该复合膜在紫外线阻隔和抗菌包装领域具有潜在的应用价值。
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