改性纤维素基不溢出抗菌纸的制备与应用研究

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细菌和真菌对人类的生存环境构成了巨大的威胁。纤维素是世界上存储量最为丰富的循环可再生和可降解的环境友好型材料。因此,许多行业对纤维素基材料的抗菌性能提出了更高的要求,特别是在食品包装、生物医学和纺织工业等领域。肉桂酸和肉桂醛是存在于植物中的天然抑菌剂,具有优异的广谱抑菌活性和低毒性的特点,但直接使用有易挥发、易流失等缺点,严重降低其抗菌的持久性。本文以纤维素为基材,将肉桂醛及肉桂酸衍生物以共价键与之结合,赋予纤维素材料出色的抑菌性能,并使其具备抑菌持久性。从而提高纤维素基抗菌材料的利用效率,促进实现节能减排,助力双碳的战略目标。在这项研究中,利用双醛纤维素与4-氨基肉桂酸发生席夫碱反应,将肉桂酸以共价键结合于纤维素上,制备了具有肉桂酸和席夫碱2种抑菌结构的新型纤维素希夫碱材料;以氨基硅烷为接枝中间体,将肉桂醛与其氨基发生席夫碱反应,使之以共价键结合于纤维素纸上,制备出另一种纤维素基席夫碱抗菌纸。通过傅里叶变换红外光谱(FTIR),核磁共振波谱(13C NMR),X射线衍射(XRD),X射线光电子能谱(XPS),热重分析等手段对抗菌材料进行表征并对抗菌材料的抑菌性能、保鲜性能及其物理性能等进行定性与定量评估。结果表明,(1)通过FTIR、13C NMR等表征手段可证明双醛纤维素与4-氨基肉桂酸成功形成了纤维素基席夫碱。在抑细菌活性测试中,该席夫碱抗菌材料对大肠杆菌(Escherichia coli)和金黄色葡萄球菌(Staphylococcus aureus)均表现出优异的抑菌活性,抑菌率能达到99%以上。并且该抗菌材料的不溢出特性使其拥有长效抑菌作用,在空气中储存两个月后,抑菌率仍能保持在99%以上。(2)通过FTIR、XRD、XPS等表征手段证明了肉桂醛成功的接枝于纤维素纸上,并证明其具有很强的抑细菌活性的同时还具备出色的抗真菌活性,对黑曲霉(Aspergillus niger)、橘青霉(Penicillium citrinum)、土曲霉(Aspergillus terreus)等多种真菌有显著的抑制效果。改性纤维素纸的疏水性也大幅度增加,接触角为107.2°,并且对多种水果表现出良好的防霉、保鲜性能,尤其是有效延缓了草莓的衰减腐败。综上所述,将肉桂醛及其衍生物与纤维素材料结合,制备出的2种席夫碱材料具有良好的抑菌性能并具有长期的抑菌稳定性。该材料制备工艺简便易行,为开发不同抗菌剂的协同利用和纤维素基材料在抗菌活性包装、食品包装、医用材料等方面的应用提供了一条新的途径。
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