超聲波交聯殼聚糖-纖維素共混膜的制備及性能研究

李興揚，林劉送，馮丹丹，劉園園

(安徽工程大學 生物與化學工程學院，安徽 蕪湖 241000)

殼聚糖(CTS)具有良好的生物相容性、抑菌、止血、可降解性、無抗原性、易加工、良好的成膜性且來源廣泛［1-2］。纖維素具有良好的親水性，原料豐富且成膜性能也比較好［3］。

殼聚糖的共混體系可以涂敷在傷口上，有益于傷口的治愈，也可作為人工皮膚，有利于凝血和傷口的修復。因此，殼聚糖在食品及農產品、醫藥、紡織、化工、造紙等領域已得到廣泛的應用。殼聚糖可以制成各種各樣的膜，如食品保鮮涂膜、可食用膜和生物可降解包裝膜、分離濾膜、防水膜、醫療用膜等，越來越受到人們的重視［4-7］。羅黎敏等［8］研究了醋酸纖維素-殼聚糖共混超濾膜的制備和性能。胡思前等［9］在微波輻射條件下，通過交聯反應制備了一系列CTS/PEG 共混膜，研究了交聯時間、交聯劑用量、微波功率、PEG 用量等對共混膜的力學性能、吸水性能和透光性能的影響。

本文在超聲波條件下，以殼聚糖和二乙胺基乙基纖維素為基本原料，甲醛作為交聯劑制備共混膜，考察制備條件對其彈性模量和斷裂伸長率的影響，為進一步研制殼聚糖-纖維素共混膜提供一定的實驗依據。

1 實驗部分

1.1 材料與儀器

殼聚糖(CTS)，工業級;二乙胺基乙基纖維素(DEC)、冰乙酸、甲醛均為分析純。

KQ-400KDB 高功率數控超聲清洗器;XLW(L)-PC 智能電子拉力機。

1.2 實驗方法

量取40 mL 5%的乙酸溶液于燒杯中，加入適量二乙胺基乙基纖維素，攪拌，完全溶解后加入適量殼聚糖，劇烈攪拌至溶解完全。加入適量甲醛溶液，置入高功率數控超聲清洗器內反應30 min。在室溫下靜置脫泡，將其倒在干凈的玻璃板上，使膜液順延流過玻璃板，在65 ℃下干燥成膜。共混膜用5%氫氧化鈉溶液浸泡3 min，用蒸餾水沖洗數次，在室溫下晾干。

2 結果與討論

2.1 共混比對拉伸彈性模量的影響

甲醛用量2.0 mL，反應時間2 min，超聲波功率400 W 的條件下，共混比二乙胺基乙基纖維素與殼聚糖的質量比m(DEC)∶m(CTS)，對共混膜彈性模量的影響見圖1。

圖1 共混比對彈性模量的影響Fig.1 Influence of blend ratio on tensile modulus

由圖1 可知，隨著纖維素用量的增加，共混膜的拉伸彈性模量呈先提高后降低的趨勢。當共混比為1 ∶1.5 時，拉伸彈性模量最大。

2.2 甲醛用量對拉伸彈性模量的影響

在共混比1 ∶1，反應時間2 min，超聲波功率400 W 的條件下，甲醛用量對共混膜彈性模量的影響見圖2。

圖2 交聯劑用量對拉伸彈性模量的影響Fig.2 Effect of the volume of crosslinking agent on tensile modulus

由圖2 可知，隨著交聯劑用量的增加，共混膜的拉伸彈性模量逐漸增大，甲醛用量為2.0 mL 時，彈性模量達到最大，隨后基本保持穩定。

2.3 交聯時間對拉伸彈性模量的影響

在共混比1 ∶1，甲醛用量2.0 mL，超聲波功率400 W 的條件下，交聯時間對共混膜彈性模量的影響見圖3。

圖3 反應時間對拉伸彈性模量的影響Fig.3 Influence of reaction time on tensile modulus

由圖3 可知，交聯時間3.0 min 時，共混膜的拉伸彈性模量最大;大于3 min 時，彈性模量略有減少。

2.4 超聲波功率對拉伸彈性模量的影響

在共混比1 ∶1，甲醛用量2. 0 mL，交聯時間2 min 的條件下，超聲波功率對共混膜彈性模量的影響見圖4。

圖4 超聲波功率對拉伸彈性模量的影響Fig.4 Influence of ultrasonic power on tensile modulus

由圖4 可知，隨著功率的增加，共混膜的拉伸彈性模量呈先增大后減小的趨勢，在360 W 時達到最大。

2.5 正交優化

在單因素實驗的基礎上，設計4 因素3 水平的正交實驗，共混比、交聯劑用量、反應時間和超聲波功率，以混合膜的拉伸彈性模量和斷裂伸長率為考察指標，實驗結果見表1。

由表1 可知，在共混比為1 ∶2，甲醛為2 mL，超聲波交聯時間3 min 和超聲波功率400 W 時(A3B2C2D3)所得共混膜的拉伸彈性模量最大;在共混比為1 ∶2，甲醛1 mL，超聲波交聯時間3 min 和超聲波功率360 W 時(A3B1C2D2)共混膜的斷裂伸長率最大。

表1 正交實驗結果Table 1 The results of orthogonal test

3 結論

使用甲醛作為交聯劑在微波輻射的條件下，成功制備了殼聚糖/二乙胺基乙基纖維素共混膜，方法簡單，反應時間短;在單因素的基礎上，通過正交實驗得到優化方案:共混比為1 ∶2，甲醛體積為2 mL，超聲波交聯時間3 min 和超聲波功率400 W 時(A3B2C2D3)所得共混膜的拉伸彈性模量最大;在共混比為1 ∶2，甲醛體積為1 mL，超聲波交聯時間3 min和超聲波功率360 W 時(A3B1C2D2)共混膜的斷裂伸長率最大。

［1］ 楊文進，楊欣，翁連進，等. 殼聚糖樹脂在廢水處理中的應用研究進展［J］.應用化工，2014，3(3):527-530.

［2］ 周群飛，敖寧建. 殼聚糖創傷敷料膜的研究與應用進展［J］.高分子通報，2013(8):68-75.

［3］ 貝俊杰，曹云峰. 纖維素基表面活性劑的研究進展及在造紙工業中的應用［J］. 纖維素科學與技術，2012，20(4):65-72.

［4］ 秦秋香，郭祀遠. 殼聚糖的成膜性及其工業應用進展［J］.現代食品科技，2007，23(4):93-96.

［5］ 王晶，王江，張可喜，等.淀粉/殼聚糖/聚乙烯醇/明膠共混膜的制備及表征［J］. 材料導報，2012，26(S1):274-277.

［6］ 龐冬梅，林東生，竇慶萍. 羥丙基纖維素/殼聚糖共混膜的制備與性能［J］. 高分子材料科學與工程，2013，29(1):158-161.

［7］ Zhu L Y，Yan X Q，Zhang H M，et al. Determination of apparent drug permeability coefficients through chitosansodium cellulose sulfate polyelectrolyte complex films［J］. Acta Physico-Chimica Sinica，2014，30(2):365-370.

［8］ 羅黎敏，殷寧，趙丹石.醋酸纖維素-殼聚糖共混超濾膜的制備和性能［J］.工業水處理，2006，26(2):57-59.

［9］ 胡思前，龔耀庭，張遠方.微波交聯CTS/PEG 共混膜的制備及性能研究［J］.工程塑料應用，2006，34(10):19-22.