超声波交联壳聚糖-纤维素共混膜的制备及性能研究

李兴扬，林刘送，冯丹丹，刘园园

(安徽工程大学 生物与化学工程学院，安徽 芜湖 241000)

壳聚糖(CTS)具有良好的生物相容性、抑菌、止血、可降解性、无抗原性、易加工、良好的成膜性且来源广泛［1-2］。纤维素具有良好的亲水性，原料丰富且成膜性能也比较好［3］。

壳聚糖的共混体系可以涂敷在伤口上，有益于伤口的治愈，也可作为人工皮肤，有利于凝血和伤口的修复。因此，壳聚糖在食品及农产品、医药、纺织、化工、造纸等领域已得到广泛的应用。壳聚糖可以制成各种各样的膜，如食品保鲜涂膜、可食用膜和生物可降解包装膜、分离滤膜、防水膜、医疗用膜等，越来越受到人们的重视［4-7］。罗黎敏等［8］研究了醋酸纤维素-壳聚糖共混超滤膜的制备和性能。胡思前等［9］在微波辐射条件下，通过交联反应制备了一系列CTS/PEG 共混膜，研究了交联时间、交联剂用量、微波功率、PEG 用量等对共混膜的力学性能、吸水性能和透光性能的影响。

本文在超声波条件下，以壳聚糖和二乙胺基乙基纤维素为基本原料，甲醛作为交联剂制备共混膜，考察制备条件对其弹性模量和断裂伸长率的影响，为进一步研制壳聚糖-纤维素共混膜提供一定的实验依据。

1 实验部分

1.1 材料与仪器

壳聚糖(CTS)，工业级;二乙胺基乙基纤维素(DEC)、冰乙酸、甲醛均为分析纯。

KQ-400KDB 高功率数控超声清洗器;XLW(L)-PC 智能电子拉力机。

1.2 实验方法

量取40 mL 5%的乙酸溶液于烧杯中，加入适量二乙胺基乙基纤维素，搅拌，完全溶解后加入适量壳聚糖，剧烈搅拌至溶解完全。加入适量甲醛溶液，置入高功率数控超声清洗器内反应30 min。在室温下静置脱泡，将其倒在干净的玻璃板上，使膜液顺延流过玻璃板，在65 ℃下干燥成膜。共混膜用5%氢氧化钠溶液浸泡3 min，用蒸馏水冲洗数次，在室温下晾干。

2 结果与讨论

2.1 共混比对拉伸弹性模量的影响

甲醛用量2.0 mL，反应时间2 min，超声波功率400 W 的条件下，共混比二乙胺基乙基纤维素与壳聚糖的质量比m(DEC)∶m(CTS)，对共混膜弹性模量的影响见图1。

图1 共混比对弹性模量的影响Fig.1 Influence of blend ratio on tensile modulus

由图1 可知，随着纤维素用量的增加，共混膜的拉伸弹性模量呈先提高后降低的趋势。当共混比为1 ∶1.5 时，拉伸弹性模量最大。

2.2 甲醛用量对拉伸弹性模量的影响

在共混比1 ∶1，反应时间2 min，超声波功率400 W 的条件下，甲醛用量对共混膜弹性模量的影响见图2。

图2 交联剂用量对拉伸弹性模量的影响Fig.2 Effect of the volume of crosslinking agent on tensile modulus

由图2 可知，随着交联剂用量的增加，共混膜的拉伸弹性模量逐渐增大，甲醛用量为2.0 mL 时，弹性模量达到最大，随后基本保持稳定。

2.3 交联时间对拉伸弹性模量的影响

在共混比1 ∶1，甲醛用量2.0 mL，超声波功率400 W 的条件下，交联时间对共混膜弹性模量的影响见图3。

图3 反应时间对拉伸弹性模量的影响Fig.3 Influence of reaction time on tensile modulus

由图3 可知，交联时间3.0 min 时，共混膜的拉伸弹性模量最大;大于3 min 时，弹性模量略有减少。

2.4 超声波功率对拉伸弹性模量的影响

在共混比1 ∶1，甲醛用量2. 0 mL，交联时间2 min 的条件下，超声波功率对共混膜弹性模量的影响见图4。

图4 超声波功率对拉伸弹性模量的影响Fig.4 Influence of ultrasonic power on tensile modulus

由图4 可知，随着功率的增加，共混膜的拉伸弹性模量呈先增大后减小的趋势，在360 W 时达到最大。

2.5 正交优化

在单因素实验的基础上，设计4 因素3 水平的正交实验，共混比、交联剂用量、反应时间和超声波功率，以混合膜的拉伸弹性模量和断裂伸长率为考察指标，实验结果见表1。

由表1 可知，在共混比为1 ∶2，甲醛为2 mL，超声波交联时间3 min 和超声波功率400 W 时(A3B2C2D3)所得共混膜的拉伸弹性模量最大;在共混比为1 ∶2，甲醛1 mL，超声波交联时间3 min 和超声波功率360 W 时(A3B1C2D2)共混膜的断裂伸长率最大。

表1 正交实验结果Table 1 The results of orthogonal test

3 结论

使用甲醛作为交联剂在微波辐射的条件下，成功制备了壳聚糖/二乙胺基乙基纤维素共混膜，方法简单，反应时间短;在单因素的基础上，通过正交实验得到优化方案:共混比为1 ∶2，甲醛体积为2 mL，超声波交联时间3 min 和超声波功率400 W 时(A3B2C2D3)所得共混膜的拉伸弹性模量最大;在共混比为1 ∶2，甲醛体积为1 mL，超声波交联时间3 min和超声波功率360 W 时(A3B1C2D2)共混膜的断裂伸长率最大。

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