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殼聚糖-淀粉-聚乙烯醇共混膜的制備及透光性研究
時(shí)間:2013-05-02   來源: 包裝前沿   閱讀:9302次

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??? 殼聚糖是一種生物多糖,是地球上僅次于纖維素的第二大可再生資源,具有許多優(yōu)良的功能性質(zhì)和潛在的應(yīng)用價(jià)值。近年來,殼聚糖作為一種優(yōu)良的成膜材料,越來越受到人們的重視。殼聚糖膜的研究涉及膜分離、可食膜、生物可降解膜、醫(yī)用膜、涂膜保鮮等,已應(yīng)用在造紙、化工、生物醫(yī)學(xué)、食品等工業(yè)領(lǐng)域。本文以殼聚糖、聚乙烯醇、淀粉為基本原料,采用共混的方法制備共混膜,考察了殼聚糖含量、聚乙烯醇和淀粉的比例、增塑劑含量對(duì)殼聚糖-淀粉-聚乙烯醇膜透光性的影響,探討膜的形成機(jī)理,為共混膜在包裝領(lǐng)域的應(yīng)用提供一定的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。
??? 1. 實(shí)驗(yàn)部分
??? 1.1 材料和儀器
??? 殼聚糖(濟(jì)南海德貝生物有限公司)、馬鈴薯淀粉(天津頂峰淀粉開發(fā)有限公司)、聚乙烯醇(天津市天大化工實(shí)驗(yàn)廠)、甘油(分析純)、乙酸(分析純)、紫外可見分光光度計(jì)(UV2550島津紫外可見分光光度儀)、漆膜厚度儀(天津市津科材料試驗(yàn)機(jī)廠)。
??? 1.2 薄膜的制備工藝
??? 將殼聚糖溶于醋酸溶液中,制成殼聚糖溶液;將淀粉溶于蒸餾水中,配成淀粉溶液;將聚乙烯醇溶于蒸餾水中,配成聚乙烯醇溶液。將3種溶液按所需比例混合,制成成膜液,調(diào)節(jié)溶液pH;將成膜液流延于成膜介質(zhì)上,自然干燥成膜。
??? 取最佳成膜比例,按殼聚糖質(zhì)量的9%、11%、13% 、15%、17%加入不同體積的甘油,按上述成膜方式制備含增塑劑的殼聚糖-淀粉-聚乙烯醇共混薄膜。
??? 取最佳成膜比例,按殼聚糖質(zhì)量的4%、6%、8%、10%、12%加入不同體積的戊二醛,上述成膜方式制備殼聚糖-淀粉-聚乙烯醇共混交聯(lián)薄膜。
??? 1.3 殼聚糖-淀粉-聚乙烯醇共混膜透光性的測(cè)定
??? 將共混膜分別裁成大小為30mm×15mm的待測(cè)試樣,使用紫外可見分光光度計(jì)測(cè)定其在380~800nm波長(zhǎng)范圍內(nèi)的透光率。得到光波波長(zhǎng)與共混膜透光率之間的關(guān)系曲線。
??? 2. 結(jié)果與討論
??? 2.1 殼聚糖含量對(duì)薄膜透光性的影響
??? 圖1 殼聚糖含量對(duì)共混膜透光性的影響
??? 透過率是判斷共混高分子相容性好壞的輔助手段。若共混膜中兩相高分子相容性很差,就會(huì)在兩相界面上由于光的散射和反射作用而使薄膜的透過率下降。淀粉-聚乙烯醇共混膜的透明性較差,就是因?yàn)榈矸叟c聚乙烯醇相容性不佳,部分淀粉顆粒僅起到了填充作用,影響了薄膜的透明度。
??? 如圖1所示,隨著殼聚糖含量的增加,殼聚糖/聚乙烯醇/淀粉共混膜(以下簡(jiǎn)稱共混膜)的透光性明顯提高,當(dāng)殼聚糖含量為40%時(shí),共混膜的透光率是殼聚糖含量為10%的共混膜的兩倍;當(dāng)殼聚糖含量繼續(xù)增加,共混膜的透光率不再明顯變化,在380~800nm波長(zhǎng)范圍內(nèi)處于70%~80%之間。這是因?yàn)椋簹ぞ厶蔷哂休^好的相容性,殼聚糖的加入起到了良好的增容作用;殼聚糖的加入還打亂了聚乙烯醇分子的整齊排列,使其結(jié)晶度減小,提高了殼聚糖/聚乙烯醇/淀粉共混膜的透光率。
??? 2.2 聚乙烯醇和淀粉的比例對(duì)薄膜透光性的影響
??? 圖2 聚乙烯醇和淀粉比例對(duì)共混膜透光性的影響
??? 淀粉含量越高,共混膜的成本越低。采用淀粉與殼聚糖和聚乙烯醇共混并不是讓淀粉僅僅起到填充作用,而是利用淀粉分子大分子鏈上的羥基和殼聚糖、聚乙烯醇分子鏈上的羥基產(chǎn)生的強(qiáng)氫鍵作用形成一個(gè)穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)。聚乙烯醇和淀粉不同比例對(duì)共混膜透光性的影響如圖2所示,隨著聚乙烯醇和淀粉比例的增加,共混膜的透光性逐漸提高,這是因?yàn)殡S著淀粉含量的減小,淀粉的大分子鏈能夠更加充分自由地伸展,分子鏈上的羥基能夠與聚乙烯醇的羥基更加容易形成氫鍵而不是簡(jiǎn)單地鑲嵌在聚乙烯醇分子鏈的中間,相容性得到提高,宏觀上表現(xiàn)出更好的透明度。
??? 2.3 增塑劑含量對(duì)薄膜透光性的影響
??? 圖3 甘油含量對(duì)共混膜透光性的影響
??? 如圖3所示,適量的甘油能顯著提高共混膜的相容性,提高薄膜的透光率,當(dāng)甘油含量為13%時(shí),共混膜的透光率較好,相對(duì)于沒有添加增塑劑的共混膜,透光率提高了10%。這是因?yàn)楦视褪切》肿游镔|(zhì),添加到共混體系中之后夾在了大分子之間,一方面增加了大分子之間的距離;另一方面破壞了大分子之間的氫鍵,降低分子鏈的結(jié)晶性,增加分子鏈的移動(dòng)性,從而增加它們的相容性,因而透明性增加。當(dāng)甘油含量大于15%時(shí),薄膜開始發(fā)黃發(fā)黏,光線透過率和機(jī)械性能明顯降低,直至失去使用價(jià)值。
??? 2.4 交聯(lián)劑對(duì)薄膜透光性的影響
??? 圖4 交聯(lián)劑對(duì)共混膜透光性的影響
??? 高分子鏈間的交聯(lián),能夠形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),即使交聯(lián)度很小,對(duì)聚合物性能都會(huì)產(chǎn)生很大的影響。戊二醛的加入使殼聚糖和淀粉、PVA產(chǎn)生交聯(lián)作用,形成交聯(lián)鍵,交聯(lián)鍵的存在,影響了分子的有序排列,破壞了氫鍵的相互作用,使共混膜的結(jié)晶結(jié)構(gòu)降低,增大了分子的自由體積,使分子間難以實(shí)現(xiàn)緊密排列,分子間產(chǎn)生了空隙,透光率增大。如圖4所示,在戊二醛含量小于8%的范圍內(nèi),隨著戊二醇含量的增加,共混膜透光率逐漸增大,當(dāng)戊二醛含量達(dá)到殼聚糖質(zhì)量的10%以后,共混膜的透光率不再有明顯變化。
??? 3.結(jié)語
??? 當(dāng)殼聚糖含量大于40%,聚乙烯醇和淀粉比例大于2∶1時(shí),殼聚糖-淀粉-聚乙烯醇共混膜在波長(zhǎng)380~800nm的范圍內(nèi)具有較好的透光率,增塑劑和交聯(lián)劑的加入能夠顯著改善薄膜的相容性,提高薄膜的透光率。由于殼聚糖-淀粉-聚乙烯醇共混膜具有優(yōu)良的成膜性、良好的水蒸氣滲透性、無毒、無味、可降解,同時(shí)殼聚糖又是一種天然的保鮮劑,因此在果蔬保鮮方面具有廣闊的應(yīng)用空間。
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