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为了制备具有高效、持久抗霉能力、不与字画装裱传统相悖的新型小麦浆糊,研究了纳米ZnO悬浮液的稳定性和抗霉菌能力、在浆糊中抗霉菌能力以及浆糊的其它应用特性。主要研究内容如下:
首先,选用了四种表面活性剂:十二烷基苯磺酸钠、十六烷基三甲基溴化铵、吐温-80和聚丙烯酸钠作分散稳定剂对纳米氧化锌颗粒在水悬浮液中进行了表面改性,研究了分散稳定剂加量、超声时间、超声体系温度以及超声功率对氧化锌颗粒在水悬浮液改性效果的影响,并筛选出较佳的分散稳定剂及较佳的改性工艺;考察了聚丙烯酸钠作分散稳定剂的纳米氧化锌水悬浮液的稳定性。
其次,分别采用抑菌圈和抗菌率两种方法,定性、定量地研究了纳米氧化锌悬浮液的抗霉菌能力,对抑菌圈具体实验方法进行了筛选,考察了菌液处理时间对抗菌率的影响,研究了不同悬浮液浓度、悬浮液改性以及霉菌在培养基中不同生长条件(温度、湿度、光照)对悬浮液抗霉菌能力的影响。
第三,研究了纳米氧化锌悬浮液在小麦浆糊中的应用情况,考察了悬浮液浓度、悬浮液改性、悬浮液加入方法、霉菌在浆糊中的不同生长条件(温度、湿度、光照)对浆糊抗霉菌能力的影响;同时比较了加入纳米氧化锌、精对苯二甲酸(PTA)、明矾的浆糊在自然条件下的抗霉菌能力,并对上述浆糊的应用特性,如强度、pH值、吸湿性、字迹扩散性以及可逆性等做了对比。此外,还对加入纳米氧化锌的小麦浆糊做了毒理实验。
结果表明:
首先,纳米氧化锌水悬浮液的Zeta电位测试结果表明,纳米氧化锌水悬浮液没有等电位点,在pH值为7时,Zeta电位绝对值最小,当pH值在9-10之间时,Zeta电位绝对值最大;在此条件下,不同表面活性剂的分散性具有较大的差别,阳离子表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵分散效果最差;大分子的阴离子表面活性剂聚丙烯酸钠作分散稳定剂效果最好,其改性后纳米悬浮液的吸光度约为十二烷基苯磺酸钠和吐温-80的10倍;聚丙烯酸钠改性的正交实验表明,最大的影响因素是超声功率,其次是超声时间,再次是聚丙烯酸钠的加量,最后是超声体系的温度;最佳的分散工艺为:超声功率250W,超声时间40min,加量0.4wt%,超声体系的温度60℃;在上述工艺下,聚丙烯酸钠作分散稳定剂的纳米氧化锌悬浮液稳定性很好,96小时后纳米氧化锌颗粒仍保持在80nm以下,粒径分布均匀且不团聚。
其次,纳米氧化锌悬浮液抗霉菌实验结果表明,使用纳米氧化锌与菌液混合时间越长,抗菌率越高,30min时抗菌率达到84.65%;纳米氧化锌浓度的增加,抑菌圈的直径以及抗菌率都大幅度上升,当纳米氧化锌浓度为2%时,抑菌圈的直径高达30mm,抗菌率高达82.53%。随着霉菌生长温度的升高,抑菌圈和抗菌率都是先减小后增大。在30℃时,抗菌效果最差,抑菌圈直径为17mm,抗菌率为82.53%;随着湿度的增加,抑菌圈和抗菌率都呈现出减小的趋势,在95%湿度时,抑菌圈直径仅为16mm,抗菌率为87.83%;光照极大地提高了纳米氧化锌的抗菌能力,在光照(日光灯)条件下,抑菌圈的直径为90mm(培养皿的直径),抗菌率为100%;纳米氧化锌经聚丙烯酸钠改性后,抗霉菌能力不受影响。
第三,纳米氧化锌悬浮液在小麦浆糊中的应用实验结果表明,(1)制备浆糊时,纳米氧化锌悬浮液加入小麦面粉的方式对浆糊的抗霉菌性能具有极大的影响,将纳米氧化锌悬浮液先加入小麦面粉中,搅拌均匀后再加入适量的水,然后加热糊化成浆糊,具有最佳的抗霉效果。(2)随着纳米氧化锌浓度的增加,浆糊抗霉菌的能力提高;随着湿度的升高,其抗霉菌的能力下降。随着温度的升高,浆糊抗霉菌的能力先降后升;光照条件对浆糊的抗霉菌能力也有很大的提高;纳米氧化锌改性后,对浆糊的抗霉能力没有影响。(3)自然条件下纳米氧化锌与明矾及PTA在浆糊中抗霉效果的比较表明,添加纳米氧化锌制备的浆糊比添加明矾、PTA具有更为显著的抗霉菌效果,空白浆糊3天变质发臭,明矾浆糊12天霉菌布满整个培养皿,PTA浆糊24天霉菌布满整个培养皿,而纳米氧化锌浆糊36天后仍未长霉斑。(4)浆糊应用特性测试的实验结果表明:纳米氧化锌的加入基本上没有改变浆糊本身的特性,对浆糊的强度、pH值、吸湿性、字迹扩散性以及可逆性都没有影响。毒理实验表明:添加纳米氧化锌制备的浆糊属于实际无毒类(LD50>10000mg/kg(体重))。