纳米纤维素晶须/壳聚糖可降解包装复合膜的制备与研究

论文摘要

以天然可再生生物材料为原料,制备各种石油基塑料取代品越来越成为人们研究的重点。壳聚糖作为这类生物材料之一,无毒、可降解、具有良好的生物相容性、抑菌抗菌性,拥有广泛的应用前景。但是由于生物材料自身的一些不足,如机械性能差、耐水性能差等,其实际应用受到了一定的限制。可以通过各种改性方法提高相关性能,目前共混复合改性研究较多。本文选取高结晶性的纳米纤维素晶须为增强体,不仅能够有效地改善了壳聚糖的机械性能和耐水性,同时还能够保持壳聚糖材料可降解等特性。本文通过硫酸水解微晶纤维素制得纳米纤维素晶须,继而通过流延法制备纳米纤维素晶须/壳聚糖复合膜。通过扫描电镜、红外光谱和X射线衍射等测试分析了复合膜的截面形貌、分子基团及结晶情况,探讨了两者存在的分子间作用力。另外通过各种性能测试,分析复合膜的性能变化,探讨宏观性能与微观结构之间的关系。主要研究内容和结果如下:1.通过原子力显微镜观察和分析,纳米纤维素晶须的直径尺寸分布为5～20nm,长度尺寸分布为100～500nm,长径比为30左右;通过X射线衍射分析,酸水解处理部分破坏了纤维素的非晶区,结晶度由63%提高到了68%;通过红外光谱分析,纳米纤维素晶须基本维持了纤维素的骨架结构及纯度。2.复合膜截面电镜照片表明,纳米纤维素晶须在壳聚糖基体中具有良好的分散性;通过红外光谱分析两者分子基团的变化,表明复合膜中存在较强的静电力和氢键作用;通过X射线衍射分析,纳米纤维素晶须的加入使得壳聚糖在成膜时发生了结晶情况的变化。3.通过拉伸测试,分析了复合膜在干态下、湿态下以及增塑后,纳米纤维素晶须对复合膜的拉伸强度、拉伸模量及断裂伸长率的影响。纳米纤维素晶须的加入,使得干态下、湿态下、增塑后复合膜的拉伸强度分别由51.4MPa提高到80MPa、15.5MPa提高到25.1MPa、29.4 MPa提高到62.8MPa,同时复合膜的拉伸模量出现了线性增长,纳米纤维素晶须表现出良好的增强效应。另外,增塑剂聚乙二醇显著改善了膜的塑性,在断裂伸长率达到25%以上时,拉伸强度仍维持在较高的水平上。4.动态力学性能测试结果表明,采用纳米纤维素晶须增强的壳聚糖复合膜,储能模量出现了倍数的增长、玻璃化温度有所提高;吸湿性能测试结果表明,纳米纤维素晶须的加入使得壳聚糖膜的吸湿率明显降低,提高了耐水性;纳米纤维素晶须/壳聚糖复合膜对水蒸气的阻隔性能与热稳定性均明显提高、膜透光率维持在原先较高的水平上。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 壳聚糖概述
• 1.2.1 壳聚糖的结构与性质
• 1.2.2 壳聚糖的改性研究
• 1.2.3 壳聚糖作为绿色包装材料的应用
• 1.3 纳米纤维素晶须
• 1.3.1 纤维素
• 1.3.2 纳米纤维素晶须的结构
• 1.3.3 纳米纤维素晶须的性质
• 1.3.4 纳米纤维素晶须的制备
• 1.3.5 纳米纤维素晶须在复合材料中的应用
• 1.4 课题研究的目的和意义
• 1.5 课题研究的主要内容
• 第二章 纳米纤维素晶须的制备与表征
• 2.1 引言
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 实验原料与仪器
• 2.2.2 实验步骤
• 2.2.3 实验测试与表征方法
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 形态与尺寸分析
• 2.3.2 XRD 分析
• 2.3.3 FT-IR 分析
• 2.3.4 热稳定性分析
• 2.4 小结
• 第三章 纳米纤维素晶须/壳聚糖复合膜的制备与表征
• 3.1 引言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 实验原料与仪器
• 3.2.2 实验步骤
• 3.2.3 实验测试与表征方法
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 扫描电镜分析
• 3.3.2 FT-IR 分析
• 3.3.3 XRD 分析
• 3.3.4 复合膜分子作用力
• 3.4 小结
• 第四章 纳米纤维素晶须/壳聚糖复合膜的性能测试与分析
• 4.1 引言
• 4.2 实验部分
• 4.2.1 实验仪器
• 4.2.2 实验测试与表征方法
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 拉伸性能
• 4.3.2 动态力学性能
• 4.3.3 吸湿性能
• 4.3.4 阻隔性能
• 4.3.5 光学性能
• 4.3.6 热稳定性
• 4.4 小结
• 第五章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 硕士研究生期间发表的论文