一维纳米材料增强纤维素基复合膜的构筑及性能研究
发布时间：2021-01-21 14:07
随着石油资源的日益减少以及石油基塑料所带来的严重的环境问题对人类生存的威胁,人们越来越重视可持续发展和环境友好型新材料的开发利用。纤维素衍生物作为天然高分子纤维素的改性产物,在继承了纤维素可再生、可降解和来源广泛等优点之外增加了水溶性,具有非常广阔的研究应用前景。但是纯纤维素衍生物材料存在力学性能较差,对水敏感等缺陷,制约了其在食品包装材料方面的应用。本论文选取纤维素衍生物甲基纤维素（MC）和羧甲基纤维素（CMC）以及与纤维素结构类似的琼脂（AG）作为主要研究对象。为了提高纤维素衍生物基复合材料的性能,以一维纳米粘土材料凹凸棒（Pal）、埃洛石（HT）和海泡石（SP）作为增强材料与上述天然高分子材料共混制备复合膜,并研究了不同一维纳米粘土对复合膜性能的增强效果和作用机理。在此基础上,又对凹凸棒进行了多巴胺（Da）表面改性并制备了复合膜材料,而且制备了壳聚糖-埃洛石-琼脂三元复合体系,分别研究了多巴胺表面改性凹凸棒和壳聚糖与埃洛石之间的协同作用对复合膜性能的增强效果,最后比较了两种改性方法对复合膜性能的不同影响,得到的主要结果如下:（1）凹凸棒对复合膜性能的增强效果整体上更加的显著,海泡...
【文章来源】：兰州交通大学甘肃省
【文章页数】：68 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
纤维素结构式
一维纳米材料增强纤维素基复合膜的构筑及性能研究-4-图1.2(a)直链淀粉；(b)支链淀粉结构式Bhat等人[29]将从油棕废液中分离出来的木质素作为增强相加入淀粉基薄膜中以改善其性能。研究表明，木质素的掺入可以改善复合膜的机械性能和阻隔性能，显著降低复合膜的透湿性，提高了耐水性和密封强度。仅加入3wt.%的木质素，复合膜的拉伸强度就提高了44.8%，而加入1wt.%木质素的复合膜的水蒸气透过率从0.017gmm/m2hKPa降低到0.011gmm/m2hKPa。Hernandez等人[30]采用简单的流延成膜法成功制备了富含多酚的迷迭香提取物与木薯淀粉复合膜。研究表明，随着多酚物质含量的增加，复合膜的抗氧化性也增加，且复合膜表面疏水性也受到影响，接触角提高了40%，另外，多酚的存在也增强了复合膜的抗紫外线性能。作为由天然材料制备而成的复合物，此复合膜也表现出了较高的生物降解性。Amir等人[31]利用响应面法分析研究了钠蒙脱石/甘油对玉米淀粉膜性能的影响。结果表明，钠蒙脱石在216nm-266nm范围内会吸收紫外线，同时增加了淀粉复合膜的疏水性，提高了复合膜的拉伸强度。另一方面，甘油会提高复合膜的亲水性，但是随着甘油含量的增加，复合膜的拉伸强度急剧下降。Alix等人[32]将聚己内酯和壳聚糖加入到淀粉基膜中后采用挤压或共挤压法制备复合膜，研究聚己内酯和壳聚糖对复合膜的抗菌性和力学性能的影响。研究发现，聚己内酯的加入可提高复合膜的拉伸强度，但是复合膜的韧性却相应的降低了，同时复合膜的吸水性也会降低。壳聚糖的加入则显著提高了复合膜的抗菌性，最高可降低90%的细菌粘附。1.2.3壳聚糖复合膜壳聚糖（Chitosan，β-（1，4）-2-氨基-2-脱氧-D葡萄糖）是甲壳素的脱乙酰化产物，一般把脱乙酰度大于55%的甲壳素称为壳聚糖，且随脱乙酰度的增高，?
物中的低等藻类和真菌的细胞壁中，是一种储量极为丰富的自然资源，是地球上产量仅次于纤维素的第二大可再生资源。壳聚糖为白色或灰白色片状或粉状固体，不溶于水和碱液，但可溶于稀的盐酸、硝酸等无机酸，以及大多数的有机酸之中，并且无毒、可生物降解、生物相容性好[33]。壳聚糖及其衍生物可用于制备医学材料，在抗菌和药物缓释等方面有大量的研究应用[34]，而作为絮凝剂和吸附剂材料在工业及生活废水处理中也有研究[35]。壳聚糖来源丰富、生物相容性好、成膜性好且有一定的抗菌性，可制备食品包装膜以替代塑料包装[36]。图1.3壳聚糖结构式Bourbon等人[37]采用流延成膜法制备了含有不同蛋白质类化合物（从乳清蛋白浓缩物中提取的肽链、糖醛缩肽和乳铁蛋白）的壳聚糖基复合膜，并研究了复合膜的力学性能和阻隔性能。研究表明，在复合膜中加入糖醛缩肽和乳铁蛋白使其拉伸强度大幅度降低，但是复合膜的断裂伸长率随着乳铁蛋白含量的增加而显著提升。另外，蛋白质类化合物的加入会影响壳聚糖基膜的气体渗透性，乳铁蛋白的加入会显著降低复合膜的水蒸气渗透性和氧气的渗透性，糖醛缩肽的加入会降低复合膜的氧气渗透性，而二氧化碳的渗透性会随着所有蛋白质类化合物的加入而下降。Pranoto等人[38]分别制备了大蒜油和传统食品防腐剂山梨酸钾添加的的壳聚糖基膜，通过与大肠杆菌、金黄色葡萄球菌、鼠伤寒沙门氏菌、李斯特菌和蜡样芽胞杆菌进行活性实验来比较不同浓度、不同抗菌剂之间的抑菌效果。利用傅里叶变换红外光谱分析基体与添加剂之间的相互作用，进而研究复合膜的力学性能和阻隔性能。结果表明，当壳聚糖膜中的大蒜油含量、山梨酸钾和细菌素含量分别至少在100ul/g、100mg/g、51000IU/g时，复合膜对金黄色葡萄球菌、李斯特菌和蜡样芽胞杆菌有抑制效
【参考文献】：
期刊论文
[1]埃洛石纳米管/聚乙烯醇-淀粉复合膜的结构与性能[J]. 王松,贾志欣,周向阳,谢东,陈明周,罗远芳,贾德民. 复合材料学报. 2017(12)
[2]海泡石增强壳聚糖/玉米醇溶蛋白复合膜的制备及性能[J]. 刘娟丽,李兴旺,黄大建. 精细化工. 2015(04)
[3]有机改性凹凸棒石及其应用研究进展[J]. 王冰鑫,雷西萍. 硅酸盐通报. 2015(03)
[4]油菜籽蛋白质琼脂复合膜的性能研究[J]. 张文宇,成兰英. 精细化工. 2014(09)
[5]魔芋葡甘聚糖/凹凸棒土复合膜的制备与表征[J]. 覃岽益,于金超,彭志勤,胡智文. 功能材料. 2012(21)
博士论文
[1]醋酸纤维素基纳米纤维膜制备及其在蛋白质分离与纯化的应用[D]. 兰天.北京理工大学 2016
[2]多糖基可食用膜成膜机理及水分子对膜的影响[D]. 肖茜.江南大学 2012
[3]羟丙基甲基纤维素的接枝改性、化学修饰及应用性能研究[D]. 王丽丽.天津大学 2007
硕士论文
[1]基于功能化纳米材料构建的光电传感器及其应用研究[D]. 尹文硕.青岛科技大学 2019
[2]埃洛石基复合材料的合成、表征及性能研究[D]. 程荣卿.内蒙古大学 2019
[3]细菌纤维素的制备、修饰及在面膜中的应用[D]. 唐静.河南工业大学 2019
[4]改性天然矿物材料凹凸棒土对电镀废水重金属的吸附[D]. 张帅.青岛大学 2019
[5]复合改性海泡石的制备及其对Pb2+的吸附性能研究[D]. 潘婷.广东工业大学 2019
[6]基于海藻酸钠复合改性吸附材料的制备及对重金属离子的吸附研究[D]. 孙朝辉.长安大学 2019
[7]两性表面活性剂改性海泡石吸附去除废水中的Cu、Zn和四环素[D]. 王雨涵.西南大学 2019
[8]可生物降解淀粉/聚乳酸多层复合膜的制备及其应用研究[D]. 周晓明.华南理工大学 2018
[9]绿色化学手段实现二维纳米材料（MoS2、WS2、BN）的功能化及其应用研究[D]. 仝欣.郑州大学 2018
[10]改性羧甲基纤维素钠聚合物的合成及在水泥基材料中的应用[D]. 吕高磊.东北林业大学 2018
本文编号：2991302
【文章来源】：兰州交通大学甘肃省
【文章页数】：68 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
纤维素结构式
一维纳米材料增强纤维素基复合膜的构筑及性能研究-4-图1.2(a)直链淀粉；(b)支链淀粉结构式Bhat等人[29]将从油棕废液中分离出来的木质素作为增强相加入淀粉基薄膜中以改善其性能。研究表明，木质素的掺入可以改善复合膜的机械性能和阻隔性能，显著降低复合膜的透湿性，提高了耐水性和密封强度。仅加入3wt.%的木质素，复合膜的拉伸强度就提高了44.8%，而加入1wt.%木质素的复合膜的水蒸气透过率从0.017gmm/m2hKPa降低到0.011gmm/m2hKPa。Hernandez等人[30]采用简单的流延成膜法成功制备了富含多酚的迷迭香提取物与木薯淀粉复合膜。研究表明，随着多酚物质含量的增加，复合膜的抗氧化性也增加，且复合膜表面疏水性也受到影响，接触角提高了40%，另外，多酚的存在也增强了复合膜的抗紫外线性能。作为由天然材料制备而成的复合物，此复合膜也表现出了较高的生物降解性。Amir等人[31]利用响应面法分析研究了钠蒙脱石/甘油对玉米淀粉膜性能的影响。结果表明，钠蒙脱石在216nm-266nm范围内会吸收紫外线，同时增加了淀粉复合膜的疏水性，提高了复合膜的拉伸强度。另一方面，甘油会提高复合膜的亲水性，但是随着甘油含量的增加，复合膜的拉伸强度急剧下降。Alix等人[32]将聚己内酯和壳聚糖加入到淀粉基膜中后采用挤压或共挤压法制备复合膜，研究聚己内酯和壳聚糖对复合膜的抗菌性和力学性能的影响。研究发现，聚己内酯的加入可提高复合膜的拉伸强度，但是复合膜的韧性却相应的降低了，同时复合膜的吸水性也会降低。壳聚糖的加入则显著提高了复合膜的抗菌性，最高可降低90%的细菌粘附。1.2.3壳聚糖复合膜壳聚糖（Chitosan，β-（1，4）-2-氨基-2-脱氧-D葡萄糖）是甲壳素的脱乙酰化产物，一般把脱乙酰度大于55%的甲壳素称为壳聚糖，且随脱乙酰度的增高，?
物中的低等藻类和真菌的细胞壁中，是一种储量极为丰富的自然资源，是地球上产量仅次于纤维素的第二大可再生资源。壳聚糖为白色或灰白色片状或粉状固体，不溶于水和碱液，但可溶于稀的盐酸、硝酸等无机酸，以及大多数的有机酸之中，并且无毒、可生物降解、生物相容性好[33]。壳聚糖及其衍生物可用于制备医学材料，在抗菌和药物缓释等方面有大量的研究应用[34]，而作为絮凝剂和吸附剂材料在工业及生活废水处理中也有研究[35]。壳聚糖来源丰富、生物相容性好、成膜性好且有一定的抗菌性，可制备食品包装膜以替代塑料包装[36]。图1.3壳聚糖结构式Bourbon等人[37]采用流延成膜法制备了含有不同蛋白质类化合物（从乳清蛋白浓缩物中提取的肽链、糖醛缩肽和乳铁蛋白）的壳聚糖基复合膜，并研究了复合膜的力学性能和阻隔性能。研究表明，在复合膜中加入糖醛缩肽和乳铁蛋白使其拉伸强度大幅度降低，但是复合膜的断裂伸长率随着乳铁蛋白含量的增加而显著提升。另外，蛋白质类化合物的加入会影响壳聚糖基膜的气体渗透性，乳铁蛋白的加入会显著降低复合膜的水蒸气渗透性和氧气的渗透性，糖醛缩肽的加入会降低复合膜的氧气渗透性，而二氧化碳的渗透性会随着所有蛋白质类化合物的加入而下降。Pranoto等人[38]分别制备了大蒜油和传统食品防腐剂山梨酸钾添加的的壳聚糖基膜，通过与大肠杆菌、金黄色葡萄球菌、鼠伤寒沙门氏菌、李斯特菌和蜡样芽胞杆菌进行活性实验来比较不同浓度、不同抗菌剂之间的抑菌效果。利用傅里叶变换红外光谱分析基体与添加剂之间的相互作用，进而研究复合膜的力学性能和阻隔性能。结果表明，当壳聚糖膜中的大蒜油含量、山梨酸钾和细菌素含量分别至少在100ul/g、100mg/g、51000IU/g时，复合膜对金黄色葡萄球菌、李斯特菌和蜡样芽胞杆菌有抑制效
【参考文献】：
期刊论文
[1]埃洛石纳米管/聚乙烯醇-淀粉复合膜的结构与性能[J]. 王松,贾志欣,周向阳,谢东,陈明周,罗远芳,贾德民. 复合材料学报. 2017(12)
[2]海泡石增强壳聚糖/玉米醇溶蛋白复合膜的制备及性能[J]. 刘娟丽,李兴旺,黄大建. 精细化工. 2015(04)
[3]有机改性凹凸棒石及其应用研究进展[J]. 王冰鑫,雷西萍. 硅酸盐通报. 2015(03)
[4]油菜籽蛋白质琼脂复合膜的性能研究[J]. 张文宇,成兰英. 精细化工. 2014(09)
[5]魔芋葡甘聚糖/凹凸棒土复合膜的制备与表征[J]. 覃岽益,于金超,彭志勤,胡智文. 功能材料. 2012(21)
博士论文
[1]醋酸纤维素基纳米纤维膜制备及其在蛋白质分离与纯化的应用[D]. 兰天.北京理工大学 2016
[2]多糖基可食用膜成膜机理及水分子对膜的影响[D]. 肖茜.江南大学 2012
[3]羟丙基甲基纤维素的接枝改性、化学修饰及应用性能研究[D]. 王丽丽.天津大学 2007
硕士论文
[1]基于功能化纳米材料构建的光电传感器及其应用研究[D]. 尹文硕.青岛科技大学 2019
[2]埃洛石基复合材料的合成、表征及性能研究[D]. 程荣卿.内蒙古大学 2019
[3]细菌纤维素的制备、修饰及在面膜中的应用[D]. 唐静.河南工业大学 2019
[4]改性天然矿物材料凹凸棒土对电镀废水重金属的吸附[D]. 张帅.青岛大学 2019
[5]复合改性海泡石的制备及其对Pb2+的吸附性能研究[D]. 潘婷.广东工业大学 2019
[6]基于海藻酸钠复合改性吸附材料的制备及对重金属离子的吸附研究[D]. 孙朝辉.长安大学 2019
[7]两性表面活性剂改性海泡石吸附去除废水中的Cu、Zn和四环素[D]. 王雨涵.西南大学 2019
[8]可生物降解淀粉/聚乳酸多层复合膜的制备及其应用研究[D]. 周晓明.华南理工大学 2018
[9]绿色化学手段实现二维纳米材料（MoS2、WS2、BN）的功能化及其应用研究[D]. 仝欣.郑州大学 2018
[10]改性羧甲基纤维素钠聚合物的合成及在水泥基材料中的应用[D]. 吕高磊.东北林业大学 2018
本文编号：2991302
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