再生纤维素/聚乙烯醇/壳聚糖/二氧化钛抗菌复合膜的制备及性能

doi:10.3969/j.issn.1673-5854.2023.03.002

摘要/Abstract

摘要：

以微晶纤维素(MCC)和聚乙烯醇(PVA)为原料, 1-丁基-3-甲基咪唑氯盐([Bmim]Cl)为溶剂, 通过MCC溶解再生与PVA共混制备再生纤维素(RGC)/PVA基膜, 并利用壳聚糖(CS)和纳米二氧化钛(TiO₂)共混液包覆方法制备RGC/PVA/CS/TiO₂抗菌复合膜。通过FT-IR、XRD和SEM对复合膜的形貌和结构进行表征, 并对复合膜的热学、力学、光学、阻隔和抑菌等性能进行测试分析。研究结果表明: 壳聚糖和二氧化钛成功复合于纤维素基膜, RGC/PVA/CS/TiO₂复合膜的热分解主要由CS-TiO₂包覆层和RGC/PVA基膜的分解构成。与再生纤维素(RGC)膜相比, 当TiO₂质量分数为0.2%时, RGC/PVA/CS/TiO₂复合膜的拉伸强度提升了39.28%, 断裂伸长率提升了51.66%, 透光率保持在88.72%, 氧气透过率下降了47.77%, 且对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌和枯草杆菌具有良好的抑制作用。

关键词: 纤维素, 聚乙烯醇, 壳聚糖, 二氧化钛, 力学性能, 光学性能, 阻隔性能, 抑菌性能

Abstract:

Using microcrystalline cellulose(MCC) and polyvinyl alcohol(PVA) as raw materials, 1-butyl-3-methylimidazole chloride as solvent system, the regenerated cellulose(RGC)/PVA base film was prepared by dissolving and regenerating MCC and blending with PVA. The antibacterial composite film of RGC/PVA/CS/TiO₂ was prepared by coating chitosan(CS) and titanium dioxide(TiO₂) blend solution. The morphology and structure of the composite film were characterized by fourier transform infrared spectrometer, X-ray diffraction and scanning electron microscope, and the thermology, mechanical, optical, barrier and antibacterial properties were tested and analyzed. The results showed that CS and TiO₂ were successfully compounded on the cellulose based film. The thermal decomposition of RGC/PVA/CS/TiO₂ composite film was mainly composed of the decomposition of CS-TiO₂ coating layer and RGC/PVA base film. Compared with the regenerated cellulose film, when the mass fraction of TiO₂ was 0.2%, the tensile strength of the RGC/PVA/CS/TiO₂ composite film increased by 39.28%, the elongation at break increased by 51.66%, light transmittance remained at 88.72%, oxygen transmittance decreased by 47.77% and had a good inhibitory effect on Escherichia coli, Staphylococcus aureus and Bacillus subtilis.

Key words: cellulose, polyvinyl alcohol, chitosan, TiO₂, mechanical properties, optical properties, barrier properties, bacteriostatic properties

中图分类号:

TQ35
TS71+1

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图/表 6

图1

图2

图3

图4

表1

表2

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膜类型 film type	拉伸强度/MPa tensile strength	断裂伸长率/% elongation at break	透光率/% transmittance	雾度/% haze
RGC	53.90±4.33	4.82±0.78	91.06±0.15	1.03±0.09
RGC/PVA	117.23±8.11	11.59±1.45	91.04±0.19	1.04±0.13
RGC/PVA/CS	72.15±10.65	7.12±1.86	90.84±0.05	2.29±0.26
RGC/PVA/CS/TiO₂-1	72.93±2.35	7.18±1.39	88.82±0.22	14.32±2.17
RGC/PVA/CS/TiO₂-2	75.07±5.30	7.31±2.23	88.72±0.56	22.17±3.61
RGC/PVA/CS/TiO₂-3	63.37±8.71	6.35±1.67	85.60±0.35	36.46±1.63

膜类型 film type	抑菌圈直径 the diameter of the bacteriostatic zone/mm
膜类型 film type	大肠杆菌 E. coli	金黄色葡萄球菌 S. aureus	枯草杆菌 B. subtilis
RGC	—	—	—
RGC/PVA	—	—	—
RGC/PVA/CS	7.15±0.07	7.54±0.07	6.94±0.09
RGC/PVA/CS/TiO₂-1	7.83±0.10	8.35±0.10	7.33±0.06
RGC/PVA/CS/TiO₂-2	8.77±0.16	11.24±0.17	7.84±0.07
RGC/PVA/CS/TiO₂-3	10.15±0.07	12.21±0.14	8.13±0.12

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