明膠-殼聚糖基可生物降解膜的制備、結(jié)構(gòu)與性能研究.pdf

1、塑料具有質(zhì)輕、耐用、成本低和易成型加工等優(yōu)點(diǎn)，已成為目前最受歡迎的包裝材料。但塑料包裝材料缺少回收利用的價(jià)值，使用后，絕大部分被丟棄在環(huán)境中，由于難降解處理而造成嚴(yán)重的環(huán)境污染現(xiàn)象。因此，以天然生物可降解物質(zhì)為基體制備可降解、可食用的新型包裝材料，對(duì)于可持續(xù)發(fā)展具有極其重要的意義。
　　明膠是膠原的部分水解產(chǎn)物，來源廣泛，價(jià)格低廉，具有良好的生物相容性和可降解性。但是，明膠的成膜性、機(jī)械性能及抗水性較差。殼聚糖具有成本低、生物相容

2、性好、可生物降解、抗菌等優(yōu)點(diǎn)，但其阻水汽性較差。明膠與殼聚糖混合可互相取長補(bǔ)短，改善明膠成膜性及機(jī)械性能差的缺點(diǎn)，并賦予復(fù)合膜良好的抗菌性。
　　本論文以明膠及殼聚糖為復(fù)合膜原料，系統(tǒng)研究了殼聚糖含量對(duì)明膠–殼聚糖復(fù)合膜結(jié)構(gòu)和性能的影響，優(yōu)化了復(fù)合膜中殼聚糖的最佳含量。X射線衍射（XRD）分析、傅里葉變換紅外光譜（FT-IR）分析、掃描電鏡（SEM）分析、透光性、熱重分析表明明膠分子與殼聚糖分子之間存在相互作用，明膠與殼聚糖之間具

3、有良好的相容性。研究了殼聚糖含量及環(huán)境相對(duì)濕度對(duì)明膠–殼聚糖復(fù)合膜吸濕率的影響。結(jié)果表明，隨殼聚糖含量的提高，明膠–殼聚糖復(fù)合膜的吸濕率增大；隨著環(huán)境相對(duì)濕度增大，明膠膜、殼聚糖膜及明膠–殼聚糖復(fù)合膜的吸濕率均增大。研究了殼聚糖含量對(duì)明膠–殼聚糖復(fù)合膜拉伸性能的影響。綜合所研究的各項(xiàng)性能，發(fā)現(xiàn)復(fù)合膜中殼聚糖含量為50％時(shí)，復(fù)合膜的性能較好。
　　為了改善明膠–殼聚糖復(fù)合膜的物理機(jī)械性能，以50/50（質(zhì)量比）明膠/殼聚糖制備明膠–

4、殼聚糖復(fù)合膜，分別用親水性改性劑和疏水性改性劑對(duì)明膠–殼聚糖復(fù)合膜進(jìn)行物理改性，研究了改性劑對(duì)明膠–殼聚糖復(fù)合膜結(jié)構(gòu)和性能的影響。用甘油、山梨醇、PEG200、PEG400、PEG800等多元醇作為親水性改性劑，研究了多元醇類型及含量對(duì)明膠–殼聚糖復(fù)合膜結(jié)構(gòu)和性能的影響。用XRD、SEM研究了不同多元醇對(duì)明膠–殼聚糖復(fù)合膜結(jié)構(gòu)的影響。用Peleg提出的數(shù)學(xué)模型研究相對(duì)濕度43%和75%時(shí)復(fù)合膜的吸濕動(dòng)力學(xué)。分別用Flory-Huggin

5、s模型、Oswin模型、BET（Brunauer-Emmett-Teller）模型、GAB（Guggenheim-Anderson-de Boer）模型擬合了多元醇改性明膠–殼聚糖復(fù)合膜的吸附等溫線。結(jié)果表明， BET模型、GAB模型能夠精確擬合實(shí)驗(yàn)中所有的吸附等溫線。通過測試不同多元醇對(duì)明膠–殼聚糖復(fù)合膜的透光性、接觸角、吸濕性、透水汽性、拉伸性能、水溶性、自然降解性等性能的影響，研究多元醇種類及含量對(duì)明膠–殼聚糖復(fù)合膜性能的影響，綜

6、合考慮各項(xiàng)性能，確定明膠–殼聚糖復(fù)合膜可采用PEG200作增塑劑，其含量為20%，或采用甘油作增塑劑，其含量為30%。
　　用葵花籽油作為疏水性改性劑，研究了葵花籽油含量對(duì)明膠–殼聚糖復(fù)合膜結(jié)構(gòu)和性能的影響。結(jié)果表明，明膠及殼聚糖與葵花籽油的相容性較差，葵花籽油的加入使復(fù)合膜的透光性、吸濕率、拉伸強(qiáng)度、斷裂伸長率、自然降解率、透水汽性及親水性下降。
　　為了降低明膠–殼聚糖復(fù)合膜的水溶性及透汽性，用轉(zhuǎn)谷氨酰胺酶（TGase）

7、催化交聯(lián)含有20%PEG200的明膠–殼聚糖溶液，研究TGase用量對(duì)復(fù)合膜結(jié)構(gòu)和性能的影響。結(jié)果表明，TGase催化交聯(lián)后，明膠–殼聚糖復(fù)合膜的平衡吸濕率下降，吸附等溫線下移，透汽性下降，接觸角增大，表明 TGase催化交聯(lián)能提高明膠–殼聚糖復(fù)合膜的阻水性能。隨TGase用量提高，復(fù)合膜的水溶性、溶脹比、自然降解率下降。隨 TGase用量提高，復(fù)合膜的拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長率均出現(xiàn)先增大后減小的趨勢。從交聯(lián)程度對(duì)結(jié)構(gòu)與性能的影響解釋了這些

8、現(xiàn)象。用0.6%TGase催化交聯(lián)后的復(fù)合膜包裝新鮮葡萄，起到了較好的保鮮效果。
　　本論文的創(chuàng)新點(diǎn)在于：1.深入探討了增塑劑的分子結(jié)構(gòu)對(duì)明膠–殼聚糖復(fù)合膜聚集態(tài)結(jié)構(gòu)的影響、復(fù)合膜的結(jié)構(gòu)對(duì)性能的影響，從增塑劑分子與明膠分子和殼聚糖分子間的相互作用，以及增塑劑分子對(duì)明膠分子和殼聚糖分子間相互作用的影響，闡述了增塑劑對(duì)明膠–殼聚糖復(fù)合膜的增塑機(jī)理。2.用多種吸附等溫線模型擬合多元醇增塑明膠–殼聚糖復(fù)合膜的吸附等溫線，發(fā)現(xiàn) BET模型、