高性能海藻多糖纳米复合膜的制备及性能探究

发布时间：2020-10-18 01:50

　　 传统的不可降解塑料包装材料对环境造成了不可逆转的破坏,严重影响了我们的生活环境。此外石化资源减少、水土流失、土地沙漠化等迫使我们开发使用绿色新能源。我国海洋资源丰富,具有可再生性,科学家们提出了向海洋要资源,制备生物可降解性包装材料。从天然海藻中提取的琼胶、卡拉胶和海藻酸钠具有无毒性、生物相容性、凝胶性和成膜性等,被广泛应用在生物、医学和食品等行业中。本论文采用热铸法,制备出海藻多糖复合膜,通过加入纳米颗粒TiO_2和SiO_2以及无卤阻燃剂硼酸,研究多糖纳米复合膜的机械性能、对水的阻抗性、对紫外光的屏蔽性以及热稳定性等的变化,期望制备可替代传统非降解包装材料的膜。本论文主要包括以下内容:1.采用热铸法,甘油作为增塑剂,制备出含不同纳米TiO_2浓度的琼胶/?-卡拉胶/TiO_2纳米复合膜。主要研究纳米TiO_2的浓度对琼胶/?-卡拉胶复合膜物化性能的影响。SEM和XRD表明纳米TiO_2均匀分散在复合膜中。含1 wt%TiO_2的琼胶/?-卡拉胶/TiO_2纳米复合膜的断裂强度比琼胶/?-卡拉胶复合膜的断裂强度提高了96.8%。纳米TiO_2的加入改善了复合膜对紫外光的屏蔽,同时降低了其溶胀度、水溶性和水蒸气透过率。含1 wt%TiO_2的琼胶/?-卡拉胶/TiO_2纳米复合膜具有最好的机械性能、光学性能和对水的阻抗性。2.通过热铸法制备琼胶/海藻酸钠/SiO_2纳米复合膜。探究了纳米SiO_2浓度对琼胶/海藻酸钠/SiO_2纳米复合膜性能的影响。SEM显示纳米复合膜表面无孔隙和裂纹。FTIR和XRD说明纳米SiO_2和多糖之间形成相互作用。随着纳米SiO_2的浓度从0增加到10 wt%,复合膜的断裂强度和断裂伸长率增加并达到最大值,这可能与分子间形成的相互作用力有关。含2.5 wt%SiO_2的琼胶/海藻酸钠/SiO_2纳米复合膜的水接触角达到90.4 ~o,符合疏水膜的指标。同时,纳米SiO_2的加入提高了纳米复合膜对水的阻抗性和热稳定性。3.将质量比为1:1的琼胶和海藻酸钠粉末加入到硼酸溶液中,高温下交联得到琼胶/海藻酸钠/硼酸阻燃膜。通过拉伸测试、极限氧指数测试、燃烧性试验和热重测试表征硼酸浓度对交联膜性能的影响。SEM显示膜表面均匀光滑,无聚集颗粒。FTIR证明了硼酸与多糖间的交联。与琼胶/海藻酸钠复合膜相比,含5 wt%硼酸交联膜的断裂强度和断裂伸长率分别增加了78.2%和7.6%。随着硼酸浓度的增加,交联膜的极限氧指数值逐渐增大,并且阻燃性也逐渐提高。与琼胶/海藻酸钠复合膜相比,当硼酸浓度高于5 wt%时,交联膜的热稳定性得到了提高。
【学位单位】：青岛大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TB383.2;TS206.4
【文章目录】：
摘要
Abstract
引言
第一章 绪论
    1.1 天然海藻多糖的研究进展
        1.1.1 琼胶简介
        1.1.2 卡拉胶简介
        1.1.3 海藻酸钠简介
    1.2 海藻多糖复合膜改性的研究进展
        1.2.1 琼胶复合膜
        1.2.2 卡拉胶复合膜
        1.2.3 海藻酸钠复合膜
    1.3 本论文的主要内容
2纳米复合膜的制备与性能研究'>第二章 琼胶/卡拉胶/TiO₂纳米复合膜的制备与性能研究
    2.1 引言
    2.2 实验仪器及试剂
    2.3 实验部分
        2.3.1 膜的制备
        2.3.2 物理结构表征
        2.3.3 厚度测试
        2.3.4 机械性能测试
        2.3.5 透光性和透明度测试
        2.3.6 表面颜色测试
        2.3.7 溶胀性测试
        2.3.8 水溶性测试
        2.3.9 水接触角测试
        2.3.10 水蒸气透过率测试
        2.3.11 数据分析
    2.4 实验结果与讨论
        2.4.1 表面形貌分析
        2.4.2 XRD分析
        2.4.3 Zeta电势和傅里叶变换红外分析
        2.4.4 厚度和机械性能
        2.4.5 光学性能
        2.4.6 膜表面颜色
        2.4.7 溶胀性,水溶性和水接触角
        2.4.8 水蒸气透过率
    2.5 本章小结
2纳米复合膜的制备与性能研究'>第三章 琼胶/海藻酸钠/SiO₂纳米复合膜的制备与性能研究
    3.1 引言
    3.2 实验仪器及试剂
    3.3 实验部分
        3.3.1 膜的制备
        3.3.2 物理结构表征
        3.3.3 厚度测试
        3.3.4 机械性能测试
        3.3.5 含水量测试
        3.3.6 水接触角测试
        3.3.7 水蒸气透过率测试
        3.3.8 溶胀性测试
        3.3.9 水溶性测试
        3.3.10 透光性和透明度测试
        3.3.11 表面颜色测试
        3.3.12 数据分析
    3.4 实验结果与讨论
        3.4.1 表面形貌分析
        3.4.2 XRD和傅里叶变换红外测试
        3.4.3 Zeta电势分析
        3.4.4 厚度和机械性能
        3.4.5 水接触角和水蒸气透过率
        3.4.6 含水量,溶胀性和水溶性
        3.4.7 光学性能
        3.4.8 膜表面颜色
        3.4.9 热稳定性分析
    3.5 本章小结
第四章 琼胶/海藻酸钠/硼酸交联膜的阻燃性能研究
    4.1 引言
    4.2 实验仪器及试剂
    4.3 实验部分
        4.3.1 膜的制备
        4.3.2 扫面电镜和傅里叶变换红外测试
        4.3.3 厚度测试
        4.3.4 机械性能测试
        4.3.5 燃烧测试
        4.3.6 极限氧指数测试
        4.3.7 热稳定性测试
        4.3.8 数据分析
    4.4 实验结果与讨论
        4.4.1 表面形貌分析
        4.4.2 傅里叶变换红外分析
        4.4.3 厚度和机械性能
        4.4.4 燃烧分析
        4.4.5 极限氧指数分析
        4.4.6 热稳定性分析
    4.5 本章小结
结论
参考文献
攻读硕士期间的科研成果
致谢

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本文编号：2845617