功能性明胶复合膜的制备及表征

发布时间：2020-10-12 15:39

　　明胶是(gelatin)一种来源于动物的皮肤、骨头等结缔组织中的胶原水解得到的天然生物大分子材料,具有易成模、可生物降解、入口即化及来源丰富等特点,因此成为近些年研究的热点。但其韧性差,易断裂,这严重阻碍了它的应用,故对明胶进行改性是目前的研究方向。目前,明胶的改性方式主要有添加增塑剂、交联剂、生物大分子等。本论文以明胶为基体,通过溶液流延法制备明胶基体复合膜,并对其结构、热稳定性、力学性能、光学及吸水性能等进行表征,主要研究内容及结果具体如下:1.以微纤化纤维素(Microfibrillated,MFC)为增强相,以甘油为增塑剂,研究了微纤化纤维素含量对明胶/微纤化纤维素复合膜性能的影响,通过SEM图可以看出明胶与微纤化纤维素具有较好的相容性;研究了微纤化纤维素对明胶/微纤化纤维素复合膜力学性能的影响,结果表明,随微纤化纤维素含量的增加,明胶/微纤化纤维素复合膜的抗拉强度呈增加趋势,断裂伸长率呈下降趋势,对明胶膜较差的韧性有较大改善;研究了微纤化纤维素对明胶/微纤化纤维素复合膜热稳定性的影响,结果表明,明胶/微纤化纤维素复合膜的熔融转变温度随着微纤化纤维素含量的增加得到较大提高,与纯明胶相比,提升了44.1℃,复合膜的热稳定性得到改善,说明微纤化纤维素可以复合膜的热稳定性起到增强作用;研究了微纤化纤维素对明胶/微纤化纤维素复合膜透明性的影响,结果表明,在可见光中心点600 nm处,明胶/微纤化纤维素复合膜透光率基本上都保持80%以上,属于透明材料;研究了微纤化纤维素对明胶/微纤化纤维素复合膜吸水性能的影响,结果表明,随微纤化纤维素含量的增加,明胶/微纤化纤维素复合膜的吸水率呈下降趋势,当微纤化纤维素含量为1.0%时,吸水率为391.1%,微纤化纤维素较大程度的改善了明胶膜的吸水性能。2.以纳米微晶纤维素(Nanocrystalline cellulose,NCC)为增强相,以甘油为增塑剂,研究了纳米微晶纤维素含量对明胶/纳米微晶纤维素复合膜性能的影响,通过SEM图可以看出,当纳米微晶纤维素含量为0.2%、0.4%时复合膜表面比较平滑,当纳米微晶纤维素的质量浓度为0.6%时,复合膜表面可以看到分散均匀的纤维状,质量浓度为0.8%时,出现团聚现象,质量浓度为1.0%时,团聚现象存在的同时复合膜表面伴随有裂纹出现。研究了纳米微晶纤维素对明胶/纳米微晶纤维素复合膜力学性能的影响,结果表明,随纳米微晶纤维素含量的增加,明胶/纳米微晶纤维素复合膜的抗拉强度呈先增加后降低的趋势,断裂伸长率呈下降趋势,当纳米微晶纤维素含量为0.6%时,为抗拉强度的转折点(13.56MPa),对明胶膜较差的韧性有较大改善;研究了纳米微晶纤维素对明胶/纳米微晶化纤维素复合膜热稳定性的影响,结果表明,明胶/纳米微晶纤维素复合膜的熔融转变温度随着纳米微晶纤维素含量的增加得到较大提高,与纯明胶相比,提升了69.5℃,说明纳米微晶纤维素可以增强复合膜的热稳定性;研究了纳米微晶纤维素对明胶/纳米微晶纤维素复合膜透明性的影响,结果表明,微晶纤维素添加量为0.6%时,明胶/纳米微晶纤维素复合材料的透光率分别为81.2%,属于透明性材料,继续添加则小于80%;研究了纳米微晶纤纤维素对明胶/纳米微晶纤维素复合膜吸水性能的影响,结果表明,随纳米微晶纤维素含量的增加,明胶/纳米微晶纤维素复合膜的吸水率呈下降趋势,当纳米微晶纤维素含量为1.0%时,吸水率为271.1%,纳米微晶纤维素较大程度的改善了明胶膜的吸水性能。3.以壳聚糖(Chitosan,CS)为增强相,以甘油为增塑剂,研究了壳聚糖含量对明胶/壳聚糖复合膜性能的影响,通过SEM图可以看出明胶与壳聚糖具有较好的相容性;研究了壳聚糖对明胶/壳聚糖复合膜力学性能的影响,结果表明,随壳聚糖含量的增加,明胶/壳聚糖复合膜的抗拉强度呈增加趋势,断裂伸长率呈下降趋势,当壳聚糖含量为30%时,抗拉强度、断裂伸长率分别为11.25MPa、108.9%,对明胶膜较差的韧性有较大改善;研究了壳聚糖对明胶/壳聚糖复合膜热稳定性的影响,结果表明,明胶/壳聚糖复合膜的熔融转变温度随着壳聚糖含量的增加呈现一定程度的上升,与纯明胶相比,提升了16.3℃,复合膜的热稳定性得到改善,说明纳米微晶纤维素可以改善复合膜的热稳定性;研究了壳聚糖对明胶/壳聚糖复合膜透明性的影响,结果表明,在可见光中心点600 nm处,明胶/壳聚糖复合膜透光率基本上都保持80%以上,属于透明材料;研究了壳聚糖对明胶/壳聚糖复合膜吸水性能的影响,结果表明,随壳聚糖含量的增加,明胶/壳聚糖复合膜的吸水率呈下降趋势,当壳聚糖含量为30%时,吸水率为251.1%,壳聚糖较大程度的改善了明胶膜的吸水性能。
【学位单位】：青海民族大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TB383.2
【部分图文】：

示意图,天然纤维素,微细结构,示意图

微纤化纤维素（Microfibrillated cellulose, MFC）是对天然纤维素进反复高强度的高压均质处理后，所制得的与天然纤维素具有相同聚合度的微细纤维素产品，天然纤维素的微细结构如图 2-1 所示。纤维素是植物细胞壁的主组成部分[47-51]是世界上最为丰富的天然有机物，是自然界取之不尽、用之不的可再生资源[52-53]。它的制备方法有：水解法、机械法、静电纺丝法、生物法溶剂法、离子液体溶解法等。以农作物为例，目前，已有报道用于制备纳米纤素的农作物有：棉花、甘蔗渣、剑麻、马铃薯渣、洋麻、苎麻、木薯渣、大麻椰壳、甜菜渣、棉秆、麦秸、稻秸、豆荚、豆秆、菠萝叶、丝瓜、香蕉秆、芜甘蓝以及亚麻等[54-69]。其中，MFC 通常是由高长径比的线状微纤丝组成的无规网状物，与普通的纤维素及一些纤维素衍生物相比，MFC 经过微纤化处理后，表面积增大且其表面裸露出大量的羟基，使 MFC 具有较高的保水值、良好的分性和稳定性。另外 MFC 比表面积大、表面羟基含量高，使其易于和其他材料结合从而为新型多功能材料的制备提供了更广泛的选择[70-71]。

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