再生纤维素壳聚糖银纳米线抗菌复合膜的制备及性能.docx

纤维素和壳聚糖凭借其优良的力学性能、可降解性、抗菌性、可再生性和易于加工等优点，吸引了国内外研究学者的广泛关注。分别溶解纤维素和壳聚糖制备的共混薄膜透明度、强度不理想，且出现混合液分层现象，需解决壳聚糖与纤维素复合问题，离子液体能很好地溶解纤维素，并且通过在去离子水中再生成膜,制备得到的再生纤维素（RGC）膜具有优异的力学性能、阻隔性能和透明度。为解决纤维素和壳聚糖相容性问题，以离子液体为溶剂，再生纤维素基膜表面包覆带有正电荷的壳聚糖/银纳米线涂膜，以期提高复合膜机械性能、阻隔性能和抗菌性能的同时保持良好的透光性能。本文以（BmimCI）为溶剂体系，通过微晶纤维素（MCC）溶解再生制备基膜，再用壳聚糖（CS）、银纳米线（AgNW）共混液包覆基膜的方法制备可降解的RGC/CS/AgNW复合膜，并对其性能进行测试。以期得到在环保包装或医药等领域有应用前景的复合膜，同时作为带有正电荷的基膜在层层自组装复合膜的构建中具有潜在的应用价值。摘要：以I-丁基3甲基咪噗氯盐（BmimCI）为溶剂,通过微晶纤维素（MCC）溶解再生制备了再生纤维素（RGC）湿膜，再用壳聚糖（CS）、银纳米线（AgNW）共混液包覆湿膜制备了RGCCSAgNW抗菌复合膜。通过FTIR、XRD、SEM和TG对RGCCSAgNW抗菌复合膜的结构、形貌和热稳定性进行了表征,并对其力学、光学、阻隔、抑菌性能进行了测试。结果表明，壳聚糖和银纳米线成功复合于再生纤维素膜上；与RGC基膜相比，当AgNW添加量为0.5%（以CS质量计，下同）时，RGC/CS/AgNW抗菌复合膜的拉伸强度提升了12.2%,透光率保持在89.82%,氧气透过率下降了86.7%,且对大肠杆菌具有良好的抑制作用。结论(1)利用还原法制备具有较高长径比的银纳米线(AgNW),XRD表征发现，AgNW(Ill)晶面生长速度比其他方向生长速度快，SEM表征发现，AgNW直径约为75nm,长度为2030m.(2)以I-丁基-3-甲基咪嘤氯盐(BmimCI)为溶剂体系，通过纤维素溶解再生制备再生纤维素基膜，将银纳米线溶于壳聚糖中，再将壳聚糖-银纳米线共混液包覆于再生纤维素基膜表面制备RGe/CS/AgNW抗菌复合膜。FTIR.XRD、SEM表征表明，壳聚糖-银纳米线成功包覆于再生纤维素基膜表面;TG分析表明，抗菌复合膜比基膜热稳定性提高。(3)对RGC/CS/AgNW抗菌复合膜力学、光学、阻隔、抑菌性能进行了评价。抗菌复合膜力学性能显著提高，AgNW添加量为0.5%的复合膜的拉伸强度相对RGC基膜提升了12.2%,断裂伸长率提升了48.6%；透明度略有下降，透光率仍高达89.82%；氧气透过率下降了86.7%；同时对大肠杆菌具有良好的抑菌作用。制得的RGeCSAgNW抗菌复合膜具有良好的力学性能、光学性能、阻隔性能和抑菌性能，对绿色抗菌包装材料制备具有很好的参考意义。图文导读表1RGC/CS/AgNW抗菌复合膜组分Table1CompositionOfRGCCSAgNWantibacterialcompositefilms试样CS添加量/gAgNW添加量/%RGC复合膜110.5复合膜211复合膜312注：“一”表示未添加。CS添加量为每100IiiLHAC溶液中加入CS的质量;AgNW添加后为AgNW质量占CS质属的仃分数38.0°44.5°64.5°77.5°II82.0°1AIa20304050607080902(o)图1AgNW的XRD谱图Fig.1XRDpatternofAgNW图2不同放大倍数下AgNW的SEM图Fig.2SEMimagesofAgNW4000350030002500200015001000500波数/cm-1图3CS膜、RGC基膜和RGC/CS/AgNW抗菌复合膜的FTIR谱图Fig. 3FTIRspectraofCSfilm.RGCbasefilmandRGC/CS/AgNWantibacterialcompositefilm1 mX: 12.750 m875X: 2.875 m图5RGC/CS/AgNW抗菌复合膜和RGC基膜表面b）和断面（c、d）的SEM图Fig. 5 SEMimagesofsurface(a,b)andsection(c,d)ofRGC/CS/AgNWantibacterialcompositefilmandRGCbasefilmIOOOooo 8 6 4 2 %、轴距卷唱眼CG100200300400500600700800温度/图6CS膜、RGC基膜和RGC/CS/AgNW抗菌复合膜的TG曲线Fig. 6 TGCUrVeSofCSbasefilm.RGCbasefilmandRGC/CS/AgNWantibacterialcompositefilmOo8Oo7Oo6)05)03Oo2)0(UJUV%)、帏«概图7CS膜、RGC基膜和RGC/CS/AgNW抗菌复合膜的DTG曲线Fig. 7 DTGCUrVeSofCSfilm.RGCbasefilmandRGCCSAeNWantibacterialcompositefilm表2膜的力学性能Table 2 Mechanicalpropertiesoffilms试样厚度mm拉伸强度/MPa断裂伸长率/%RGC0.0202±0.0008106.17±3.715.21±0.67复合膜10.0396±0.0017119.12±7.247.74±1.01复合膜20.0488±0.0022112.92±12.628.31±L83复合膜30.0496±0.0037104.48±10.176.00±0.59试样%、榭M婚O 0505050 32211%、型械图8RGC/CS/AgNW抗菌复合膜的雾度和透光率Fig.8HazeandlighttransmittanceofRGC/CS/AgNWantibacterialcompositefilms表3RGC/CS/AgNW抗菌复合膜阻隔性能Table 3 BarrierpropertiesofRGC/CS/AgNWantibacterialcompositefilm试样乳气透过系数xIO-12cm3cm(cnrsPa)RGC10.570±0.825RGCCSANW1.401±0.136表4RGC/CS/AgNW抗菌复合膜的抑菌性能Table4AntibacterialpropertiesofRGC/CS/AgNWantibacterialcompositefilm试样抑菌圈径/nInlRGCRGC/CS7.13±0.08复合膜111.12±0.08复合膜212.33±0.09复合膜313.07±0.10注：“一”代表无抑菌性