纳米纤维素基复合薄膜的制备与性能研究

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纤维素是自然界中储量最丰富的多糖类可降解的天然高分子材料。近年来对纤维素的利用和开发不容乐观,仍有很多纤维素原料被浪费和丢弃,因此合理的开发利用这些纤维素原料,更好的为人们服务,有着重要的研究意义。纳米纤维素因其具有极大的比表面积、表面存在大量的活性羟基、生物可降解性、良好的生物相容性等特点,被广泛应用于伤口敷料、食品包装、药物释放和组织工程等领域。纳米纤维素本身不具有抗菌性,但对其进行氧化改性后,可以得到具有抗菌性的纤维素基质,并且不会使材料产生耐药性。瓜尔胶是一种环境友好的天然高分子材料,具有低成本、可降解及无毒无害等特点,并且具备良好的水溶性、成膜性和透光性。本论文首次将瓜尔胶与抗菌性的纳米纤维素混合,制备出性能优良的复合薄膜,在食品包装方面有广阔的应用前景。用真空抽滤法制备纳米纤维素薄膜,之后采用等离子体辐照法还原银离子制备负载银纳米颗粒的纳米纤维素薄膜,该方法简便易行、快速高效且环境友好,在制备过程中不添加有害的化学试剂。以再生纳米纤维素为原料,高碘酸钠为氧化剂,通过选择性氧化制备出双醛纳米纤维素,FTIR分析结果表明,氧化后的纤维素在1728 cm-1和889cm-1附近有醛基的特征峰,证明了双醛纤维素的存在。XRD结果表明纳米纤维素在氧化后保留了原有纤维素II的晶型。TG和DTG的分析结果表明,双醛纳米纤维素的热稳定性降低,含水量升高。OD值测试结果表明,双醛化的纳米纤维素对金黄色葡萄球菌的生长表现出很好的抑制效果,对大肠杆菌没有表现出较好的抗菌性。对双醛纳米纤维素-瓜尔胶和双醛纳米纤维素-甘油的复合膜的力学性能研究表明,甘油对复合膜的增塑效果比瓜尔胶要好。UV-vis结果说明双醛纳米纤维素基复合膜具有良好的透光性。XRD结果表明复合薄膜属于纤维素Ⅰ的结晶结构,并没有因为甘油和瓜尔胶的加入而改变复合薄膜的晶型。FTIR分析结果表明,双醛纤维素与瓜尔胶之间的相容性较好。TG和DTG的分析结果表明,双醛纳米纤维素和甘油复合膜的热稳定性降低。SEM表征结果说明复合薄膜的表面比较平滑,粗糙度较小。对四氢呋喃、N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺和甲醇四种有机溶剂,复合膜表现出很好的抗溶剂性能。对负载银纳米颗粒的纤维素薄膜进行FTIR、UV-vis、SEM分析,结果均说明纤维素基薄膜上有纳米银的生成。XRD分析结果说明纳米纤维素和银纳米粒子的相互结合,并没有改变纤维素的晶型,复合膜中没有明显的银晶面衍射峰,可能是因为纤维素中银纳米粒子的含量较少导致。TG和EDS分析表明纳米银在纤维素基质中生成,且含量比较低,两种分析测到的银含量相似。OD值测试结果表明,银纳米粒子对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的生长有明显的抑制作用,表现出良好的抗菌性。对银纳米粒子的体外释放研究结果表明,载银纤维素薄膜具有较低的银释放速率。
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