半纖維素-殼聚糖復(fù)合膜的制備及性能研究.pdf

1、纖維素、半纖維素和木素是植物纖維原料的三大組分，是自然界最豐富且可再生的生物資源。半纖維素是連接纖維素和木素的一類不均一的多糖，但其分子的分支度高、多分散性以及無(wú)定形等結(jié)構(gòu)，限制了它的開發(fā)利用。殼聚糖作為自然界唯一大量存在堿性基團(tuán)（-NH2）的多糖，受到人們的廣泛關(guān)注。由于殼聚糖具有生物相容性、生物降解性以及抗菌性等性能，廣泛應(yīng)用于生物醫(yī)學(xué)、食品、環(huán)境保護(hù)等領(lǐng)域。制備殼聚糖/半纖維素生物基復(fù)合材料，對(duì)于半纖維素的高值化利用，以及開發(fā)新的

2、功能性生物基復(fù)合材料具有重要意義。
　　本論文以商品玉米芯木聚糖和山毛櫸木聚糖為原料，以戊二醛、京尼平為交聯(lián)劑制備殼聚糖/半纖維素復(fù)合膜，研究復(fù)合材料的性能，并優(yōu)化制備工藝條件；對(duì)比兩種不同半纖維素對(duì)殼聚糖膜性能的影響；對(duì)兩種木聚糖、兩種交聯(lián)劑制備的殼聚糖復(fù)合膜進(jìn)行FTIR、X-射線衍射、熱重以及紫外分析，初步獲得半纖維素的化學(xué)組成對(duì)復(fù)合膜性能的影響。
　　分別以戊二醛和京尼平為交聯(lián)劑，制備玉米芯半纖維素/殼聚糖復(fù)合膜，研究

3、兩種復(fù)合膜的交聯(lián)度、潤(rùn)脹性、機(jī)械性能、pH敏感性以及抗氧化性，優(yōu)化其工藝條件。結(jié)果表明:兩種交聯(lián)劑制備的復(fù)合膜均具有較強(qiáng)的pH敏感性，尤其是在酸性條件下。對(duì)比傳統(tǒng)交聯(lián)劑戊二醛和天然生物交聯(lián)劑京尼平，相同條件下，京尼平制備的殼聚糖復(fù)合物具有更高的拉伸強(qiáng)度、抗氧化性，以及更低的潤(rùn)脹率和交聯(lián)度，但是，當(dāng)木聚糖/殼聚糖配比增至7/3時(shí)，由使用兩種交聯(lián)劑引起的膜的上述性能差距變小。京尼平為交聯(lián)劑時(shí)，增加木聚糖的配比，復(fù)合膜的交聯(lián)度、潤(rùn)脹性和抗氧化

4、性明顯增加，但機(jī)械強(qiáng)度急劇下降，潤(rùn)脹性能逐漸增加。另外，隨著京尼平配比的增加，復(fù)合膜的交聯(lián)度、機(jī)械強(qiáng)度明顯上升，潤(rùn)脹率急劇下降，對(duì)pH的響應(yīng)性無(wú)影響，過量的京尼平會(huì)降低膜的抗氧化性。不同的添加方式表明，殼聚糖、木聚糖和交聯(lián)劑同時(shí)加入有利于提高復(fù)合膜的各項(xiàng)性能。
　　山毛櫸半纖維素/殼聚糖復(fù)合膜的制備與性能。結(jié)果表明:相對(duì)京尼平交聯(lián)劑，戊二醛制備的復(fù)合膜的交聯(lián)度明顯高出很多，尤其是半纖維素配比增加至70％時(shí)，氨基的交聯(lián)度接近于零。對(duì)

5、比戊二醛交聯(lián)劑，京尼平交聯(lián)的復(fù)合膜具有較低的交聯(lián)度。隨著殼聚糖配比的增加，復(fù)合膜的拉伸強(qiáng)度降低，且京尼平交聯(lián)有利于提高膜的機(jī)械性能和抗氧化性。半纖維素配比的增加有利于提高復(fù)合膜的抗氧化性，尤其是以京尼平為交聯(lián)劑、木聚糖配比為70%時(shí)，相對(duì)純殼聚糖膜，復(fù)合膜的抗氧化性提高了127%。
　　對(duì)比山毛櫸和玉米芯木聚糖在兩種交聯(lián)劑存在下制備的殼聚糖復(fù)合膜的性能，研究半纖維素化學(xué)組成對(duì)其性能的影響。結(jié)果表明:山毛櫸存在較高含量的木素，溶解性

6、小于玉米芯半纖維素，以戊二醛為交聯(lián)劑制備的復(fù)合膜交聯(lián)度高出京尼平交聯(lián)膜的3.5倍，這是由于木素與醛的縮合反應(yīng)所致。相對(duì)玉米芯半纖維素，山毛櫸半纖維素更有利于增強(qiáng)復(fù)合膜的拉伸強(qiáng)度和pH敏感性，但是其抗氧化性要低約30%，潤(rùn)脹性相差不多。其中，山毛櫸木聚糖/京尼平/木聚糖復(fù)合膜顯示最高的pH敏感性。
　　對(duì)殼聚糖復(fù)合產(chǎn)物進(jìn)行FTIR、XRD、TG和UV進(jìn)行分析，結(jié)果表明，交聯(lián)劑存在下，木聚糖與殼聚糖發(fā)生的美拉德反應(yīng)增強(qiáng)；相對(duì)山毛櫸半纖

7、維素，玉米芯半纖維素制備的殼聚糖復(fù)合膜結(jié)晶度要高，相對(duì)京尼平，戊二醛交聯(lián)的殼聚糖復(fù)合膜的結(jié)晶度下降；與純殼聚糖膜相比，半纖維素/殼聚糖復(fù)合膜的熱穩(wěn)定性降低。相對(duì)玉米芯半纖維素，山毛櫸半纖維素制備的復(fù)合膜的熱穩(wěn)定性要好，戊二醛和京尼平交聯(lián)的復(fù)合膜熱穩(wěn)定性相差不大；相對(duì)玉米芯半纖維素，山毛櫸半纖維素改性的殼聚糖產(chǎn)物量要大，另外，玉米芯半纖維素/京尼平/殼聚糖的反應(yīng)產(chǎn)物量雖反應(yīng)時(shí)間增加急速上升。因此，半纖維素中保留一定量的木素有利于改善復(fù)合膜