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明胶膜具有良好的生物相容性和可降解性,具有独特的溶胶-凝胶的可逆转变性,并且其物化性质能被调节,因而其应用领域比较广泛。明胶膜及其复合膜在可食性包装膜、覆盖膜以及生物医学材料等领域有比较广泛的应用前景。但是明胶膜的力学性能、阻水性能等仍不理想,如何提高其性能以符合不同应用领域的要求仍是一大难点。可以通过添加增塑剂、交联剂以及与其他高聚物复合等手段改善明胶膜的性能,本文研究了制备方法、制备条件以及各种添加剂对明胶膜性能的影响。主要实验内容和研究结果如下:
1.明胶膜的制备及性能研究
用浸涂的方法制备了明胶膜,测定了膜的力学性能、溶胀性能、对水的敏感性以及膜的水含量,并探讨了涂布温度、成膜液的pH值、甘油的添加量、交联剂的种类及添加量以及贮存环境湿度对明胶膜性能的影响。研究结果表明:用浸涂的方法制备明胶膜时,w=0.12的明胶成膜液适宜的涂布温度为33~38℃:成膜液的pH值在7左右时,膜的抗拉强度最大;随着甘油的添加量增加,膜的抗拉强度下降,而断裂伸长率增大;交联剂甲醛和明矾都有明显的交联作用,但交联剂的添加量过多时,不适合用浸涂的方法制膜;随着贮存环境湿度的增加,膜的抗拉强度和弹性模量逐渐降低,而断裂伸长率和水含量呈递增的趋势。
2.阿魏酸和单宁酸分别交联的明胶膜的物理性能
分别用从植物中提取的阿魏酸和单宁酸交联明胶膜。研究了交联剂的添加量、成膜液的pH值对明胶膜的力学性能、溶胀性能和水蒸气透过率等性能的影响。还研究了贮存时间对交联的明胶膜的性能的影响。用紫外-可见吸收光谱和扫描电子显微镜观察明胶膜经过交联后的变化,从而初步探索交联机理。研究结果表明:1)这两种天然的交联剂对明胶膜均有交联作用;2)阿魏酸作交联剂时,明胶膜力学强度的最大值出现在成膜液的pH值为7,而单宁酸作交联剂时,最大值出现在pH=9;3)交联剂可以减小明胶膜的溶胀性,但是对膜的水蒸气透过率的影响较小;4)单宁酸交联的明胶膜在贮存90天以后,其性能得到改善,而贮存时间对阿魏酸交联的明胶膜的性能影响较小。
3.明胶与大豆分离蛋白复合膜的制备及物理性能
研究了大豆分离蛋白与明胶复合膜的力学性能、溶胀性能和透光性能。随着复合膜中明胶比例的增加,复合膜的抗拉强度、弹性模量、断裂伸长率和溶胀性增加。并且随着明胶量的增加,大豆分离蛋白与明胶复合膜变得更加透明。当大豆分离蛋白与明胶的质量比例为4:6~2:8时,复合膜的抗拉强度、断裂伸长率以及其他性能和单纯的明胶膜的性能接近,而优于单纯的大豆分离蛋白膜的性能。更主要的是,这种复合膜比明胶膜更加经济,所以大豆分离蛋白与明胶复合膜可以代替明胶膜用作可食性包装膜。当大豆分离蛋白与明胶的比例为4:6时,研究了甘油的添加量,大豆分离蛋白成膜液的pH值,大豆分离蛋白成膜液的热处理温度和NaCl对复合膜的力学性能、透光性能以及水含量的影响。
4.不同增塑剂对明胶膜的力学性能及其阻水性能的影响
选择不同种类的增塑剂,比较这些增塑剂的组成、大小、形状对明胶膜的力学性能和水蒸气透过率等性能的影响。主要探讨了以下几个问题。1)低聚糖—蔗糖和一些有机酸如油酸、柠檬酸、苹果酸、酒石酸加到明胶中,研究表明只有苹果酸可以提高明胶膜的柔韧性,并且苹果酸改进的明胶膜的表观性能较好;2)用不同分子量的聚乙二醇(300,400,600,800,1500,4000,10000,20000)用来增塑明胶膜时,发现较低分子量的聚乙二醇的增塑效果较好,并且所得到的膜具有较好的表观性能;3)研究表明,甘露醇和山梨醇都可以增塑明胶膜,但是甘露醇容易从明胶膜中结晶出来;4)研究了乙二醇、一缩二乙二醇、二缩三乙二醇系列和乙醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺系列的增塑效果;5)探讨了苹果酸、聚乙二醇300、山梨醇、乙二醇、一缩二乙二醇、二缩三乙二醇、乙醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺分别增塑的明胶膜的水蒸气透过率和水含量。