壳聚糖接枝细菌纤维素的制备及其在卫生用品中的应用

发布时间：2020-06-01 08:03

【摘要】：纳米纤维素具有优良的机械性能、表面性质以及生物相容性,在医疗卫生、食品包装、造纸等行业应用广泛。细菌纤维素(BC)是一种生物合成的天然纤维素,其直径一般在几十个纳米左右,并且不含有半纤维素、木素等其他杂质,是一种理想的制备纳米纤维素的原料。本研究旨在从BC颗粒中分离出纤维素纳米纤丝,赋予其抑菌活性,并应用于卫生用品的表层材料,从而推动功能化卫生用品的研究和发展。首先,探究了 BC的结晶结构,采用疏解、超声以及纳米磨处理来分散BC颗粒,并用不同的方法对分散效果进行评价。结果表明,BC是纤维素I结构,结晶度为73.38%;当疏解25000 r后,再在振幅60%的条件下超声处理20 min或纳米磨处理,BC分散液细腻连续,分散度较高,抽滤成膜的匀度较好。评价分散效果时,目视观察法和分散度法简便、直观,而Zeta电位法、电荷密度法和浊度法可以量化结果。纤维形态和形貌分析结果显示,超声和纳米磨对纤维都兼有剥离和切断的作用,但是超声的切断作用要大于剥离作用,而纳米磨正好相反。其次,通过席夫碱反应将壳聚糖接枝到BC上,再经过超声分散得到纤维素纳米纤丝(BC-CS)。结果表明,氧化时用0.15mol/L的高碘酸钠在50℃下反应2h,可以获得最大的壳聚糖接枝量12.38%,FT-IR和SEM证明了该反应的发生。分散性和稳定性实验表明,与BC和OBC相比,BC-CS分散液更加均匀,并且具有较好的酸稳定性和温度稳定性。SEM和TEM图像中也可以观察到BC-CS纤维分散成了单根纤维并均匀分布。抑菌实验发现BC-CS具有一定的抑菌活性,并且壳聚糖含量越高,抑菌性能越好。最后,将BC-CS分散液喷涂到丙纶无纺布上,来单面亲水改性无纺布,并组装成卫生用品。结果表明,当喷涂液的浓度为0.44%,采用层层沉积的喷涂方式喷涂5层时,复合无纺布的综合性能最好。SEM图像显示BC纤维交织缠绕在PP纤维表面,将其联结在一起。EDS分层图像中氧元素和氮元素的出现进一步证实了 BC-CS成功与PP无纺布复合。此外,红外分析说明BC-CS纤维与无纺布之间仅仅依靠物理作用复合,并没有发生化学反应。组装成的卫生用品具有良好的吸水、防回渗以及抑菌性能。
【图文】：

结构示意图,植物纤维素

Ａ．Ｊ．Ｂｒｏｗｎ在１８８６年首次报道。他发现在氧气和葡萄糖存在的条件下，静态发酵培养木逡逑醋杆菌会产生纤维素，为了区别它与植物纤维素，称其为“细菌纤维素”或“微生物纤逡逑维素”邋［１］。ＢＣ具有和植物纤维素相似的分子结构和化学组成，如图１－１所示，是由Ｄ－逡逑吡喃葡萄糖单元通过Ｐ－ｌ，４－糖苷键连接而成的直链多糖，，其结构中相邻的葡聚糖链之间逡逑可以形成极强的分子链内与分子链间的氢键，因此ＢＣ结构十分稳定，很难溶解在常规逡逑溶剂中［２］。在微观上，ＢＣ具有典型的纤维素Ｉ型晶体结构，其结晶度可以达到９０％以上。逡逑单根ＢＣ纤维的直径在２０？１００邋ｎｍ，纤维之间相互缠绕形成网状结构［３］。在宏观结构上，逡逑ＢＣ与植物纤维素有所不同，在聚合时不掺杂植物纤维中含有的半纤维素和木素等组分逡逑［４］0逡逑Ｐ（１邋－４）－ｌｉｎｋｅｄ邋Ｄ－ｇｌｕｃｏｓｅ邋ｕｎｉｔｓ逡逑图１－１邋ＢＣ的３Ｄ结构示意图［５］逡逑Ｆｉｇ．邋１－１邋Ｔｈｅ邋３－Ｄ邋ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ邋ｓｋｅｔｃｈ邋ｏｆ邋ＢＣ逡逑ＢＣ的化学组成和结构决定了它具有独特的理化性质：（１）ＢＣ是１００％的纤维素，逡逑其纯度和结晶度非常高，较高的结晶度可以提高物质的机械强度，但是同时也会使柔软逡逑性、伸长率和化学反应能力等降低［６］。（２）高抗张强度和杨氏模量。经干燥热压处理后

结构式

图１－２邋ＣＳ的结构式逡逑Ｆｉｇ．邋１－２邋Ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ邋ｆｏｒｍｕｌａ邋ｏｆ邋ＣＳ逡逑构中，具有活性的氨基（ｃ２）和轻基基团（ｃ３和ｃ６），３和（：６上的羟基，易于对其进行分子修饰。在酸性条件可以与ＩＴ结合，使其呈现出电正性［４２］。ＣＳ优异的成膜容性以及可降解性使其在水处理、医疗卫生、纺织等方面，ＣＳ对金属离子的吸附能力主要是因为分子链上的位点［４３］。Ｎｅｇｍ等［４４］研究了邋ＣＳ及其衍生物对工业废水对ＣＳ进行甘氨酸和氯乙酸改性，通过原子吸收光谱法性条件下对工业废水中铜（ＩＩ）和钴（ＩＩ）离子的吸附发现改性ＣＳ的吸附效率低于原ＣＳ，归因于取代基与Ｃ导致其可利用的活性基团（－ＯＨ、－ＮＨ２）减少，进而使证实了邋ＣＳ吸附金属离子的机理。逡逑
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TQ352.79;TS195.5

【参考文献】