无机纳米材料改善纤维素保鲜膜性能研究

摘要

针对纤维素薄膜阻隔、抗菌等性能不足的缺点，采用NMMO法，以阔叶纤维素为原料，采用溶液共混的方法，向铸膜液中添加纳米SiO2、介孔SiO2、纳米CaCO3、纳米载银TiO2和载银介孔SiO2无机材料，制备具有一定力学强度，透氧和透湿性能的可生物降解的纤维素/纳米复合保鲜包装膜。
　　 通过采用具有活性基团的硅烷偶联剂KH550和钛酸酯偶联剂TM-38S对二氧化硅和碳酸钙粒子的表面进行改性，并通过红外光谱分析、透射电镜观察、扫描电镜和热失重分析，结果表明：使用一定量的偶联剂处理的二氧化硅和碳酸钙颗粒表面由亲水性变为亲油性，纳米SiO2和CaCO3均已成功改性。
　　 经硅烷偶联剂表面处理后的纳米SiO2为添加剂来改善纤维素保鲜膜性能的研究中发现，当改性纳米SiO2的用量在2％时，纤维素保鲜膜的拉伸强度由8.95MPa提高到17.37MPa，其断裂伸长率也由41.11％提高到58.34％。此外，纳米二氧化硅的加入还可以提高材料的热稳定性能，当SiO2的加入量为5％时，材料的热稳定性从17％提高到21％。
　　 分别采用纳米SiO2、介孔SiO2、纳米CaCO3、纳米载银TiO2和载银介孔SiO2五种纳米粒子来改善纤维素保鲜膜的性能。结果表明：在改善纤维素薄膜的力学性能方面，改性SiO2的效果最为理想，其次是载银TiO2，而介孔SiO2的改善效果最差；载银TiO2和载银介孔SiO2在改善纤维素薄膜抗菌性能方面最有优势，当载银TiO2的用量为2％时，材料的抗菌性能可提高到98％，当载银介孔SiO2的用量为2％时，抗菌性能可提高到97％。
　　 添加不同粒径的纳米SiO2和不同用量的偶联剂也可以改善纤维素保鲜膜的性能，结果表明：当SiO2粒径为30nm，偶联剂用量为5％，添加量为2％时薄膜的各项性能达到最佳。
　　 不同种类的无机纳米材料在纤维素包装膜中的最佳用量是不同的，改性纳米SiO2、改性介孔SiO2、改性纳米CaCO3、纳米载银TiO2和载银介孔SiO2的添加质量分数分别为2％、1.5％、1％、1.5％和2％时，制备的纤维素薄膜的综合性能达到最优。
　　 采用可完全生物降解的纤维素作为原料，添加纳米SiO2等无机纳米材料，采用溶液共混的方法制备出可完全降解的纳米复合薄膜，解决了纤维素薄膜透氧量小、透湿量大及强度差等问题，为研制出可部分替代传统塑料保鲜包装膜进行了前期探索。