论文部分内容阅读
壳聚糖具有良好的成膜性,是一种潜在的生物质环境友好包装材料资源。本文以脱乙酰度85%和95%的壳聚糖为基材,添加山梨醇为增塑剂,用乙酸配制壳聚糖溶液。先对不同溶液的pH、电导率和流变学性质进行探讨,在此基础上采用流涎法制成不同种类的壳聚糖膜,然后对壳聚糖膜的结构进行表征,最后对不同种类的壳聚糖膜物理化学性质、机械性能和热力学性质进行测试分析。其主要研究结果如下:1.壳聚糖成膜溶液性质的研究表明:(1)壳聚糖成膜溶液体系中,壳聚糖对溶液的pH和电导率的影响很小,随着山梨醇、乙酸浓度及反应时间的变化,溶液的pH和电导率发生了一定的变化。从其变化规律判断,在壳聚糖-山梨醇-乙酸共混溶液体系中,山梨醇、乙酸分子与壳聚糖分子间可能发生交联作用,从而形成稳定均匀粘稠的溶液。(2)不同种类的壳聚糖成膜溶液均表现出假塑性流体,加入山梨醇没有改变溶液的流变学性质。随着剪切速率的增加,表观粘度先降低而后趋于平稳,剪切应力先增加而后趋于平稳。脱乙酰度85%的壳聚糖溶液其表观粘度和剪切应力大于对应的脱乙酰度95%的壳聚糖溶液,对于两种脱乙酰度的壳聚糖溶液,含有山梨醇溶液的表观粘度和剪切应力大于对应的不含山梨醇的溶液。2.壳聚糖粉末及壳聚糖成膜后的结构分析表明:(1)壳聚糖膜表面和断面经扫描电镜放大不同倍数后观察其微观结构,均表现均匀、连续,说明山梨醇是很好的交联剂,与两种脱乙酰度的壳聚糖均有很好的相容性。(2)X-射线衍射分析显示,与原壳聚糖粉末相比,不含山梨醇的壳聚糖膜结晶度增大而含有山梨醇的壳聚糖膜结晶度降低。(3)红外光谱的结果表明,与原粉末相比,除了特征吸收峰的强度变化之外,含与不含山梨醇的壳聚糖膜中没有未知的化学键形成。(4)CP/MAS 13C固体核磁的结果表明,壳聚糖成膜溶液体系中,首先是乙酸溶液使壳聚糖的化学键断裂,出现一些碳正离子基团,使山梨醇更好的嵌入到聚合物体系中,形成更多的氢键进而形成均一、稳定的壳聚糖膜。3.山梨醇与2种脱乙酰度的壳聚糖分子交联成膜的物理化学性质、机械性能和热力学性质存在差异性:(1)4种类型壳聚糖膜的厚度、水分含量(MC)、水溶性(WS)和水蒸气渗透性(WVP)分析的结果表明:添加山梨醇显著降低壳聚糖膜的水分含量(p<0.05)和水蒸气渗透性(p<0.05),显著提高壳聚糖膜的水溶性(p<0.05)。对于含与不含山梨醇的壳聚糖膜,脱乙酰度95%壳聚糖膜的水分含量和水蒸气渗透性小于脱乙酰度85%的壳聚糖膜,水溶性比脱乙酰度85%的膜高。(2)静态热机械分析(TMA)结果表明,2种脱乙酰度的壳聚糖膜,与不含山梨醇的壳聚糖膜相比,山梨醇使壳聚糖膜的应力减小应变增大。对于含与不含山梨醇的壳聚糖膜,脱乙酰度95%膜的应变大于对应的脱乙酰度85%的壳聚糖膜,而应力小于脱乙酰度85%的壳聚糖膜。动态热机械分析(DMA)结果表明,与不含山梨醇的壳聚糖膜相比,山梨醇降低两种脱乙酰度壳聚糖膜的储能模量和损耗模量,说明山梨醇使壳聚糖膜的断裂伸长率增大,而拉伸强度降低。另外,含与不含山梨醇的壳聚糖膜,脱乙酰度95%膜的储能模量和损耗模量大于脱乙酰度85%的膜。损耗因子(Tan Delta)曲线分析,山梨醇使壳聚糖膜的β、α相变温度增加,导致壳聚糖膜的硬度降低而弹性增加,且含与不含山梨醇的脱乙酰度95%膜相变温度高于脱乙酰度85%的膜。(3)热重分析(TGA)结果表明,两种脱乙酰度的壳聚糖,与壳聚糖粉末相比,壳聚糖成膜后其热稳定性得到一定的提高。与不含山梨醇的膜相比,含有山梨醇的壳聚糖膜热稳定性较低。对于含与不含山梨醇的壳聚糖膜,脱乙酰度95%膜的热稳定性高于脱乙酰度85%的膜。差示扫描量热分析(DSC)显示,两种脱乙酰度含与不含山梨醇的壳聚糖成膜前后的热力学性质变化与热重分析结果一致。另外,在两个热降解阶段,含有山梨醇的壳聚糖膜,其始温、峰温和热焓都低于不含山梨醇的膜,说明山梨醇降低壳聚糖膜的热稳定性,壳聚糖在成膜过程中,晶型的转变对膜的热稳定性有一定的影响。