壳聚糖/二氧化钛纳米复合材料制备及其在抑菌纸中的应用

作     者：胡秀兰 

作者单位：浙江理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：唐艳军

授予年度：2017年

学科分类：08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 082201[工学-制浆造纸工程] 0822[工学-轻工技术与工程] 

主      题：壳聚糖 二氧化钛 纳米复合涂料 抑菌性能 流变行为 

摘      要：纸制品是人们生产和生活中不可或缺的产品,已经被广泛用于日常生活中,生活用纸、厨房用纸、食品包装纸、装饰用纸、卫生和医疗用纸、钞票纸等在人们的生产、生活中占有重要的地位,而目前工业化的此类产品都不具有抑菌功能。随着人们生活水平的提高和卫生意识的加强,必然会对抑菌纸的质量和数量提出更高的要求。有关专用抑菌材料的研究和抑菌功能纸的开发具有重要的理论意义和实践意义。相关研究证明,天然抑菌材料壳聚糖和无机光催化抑菌材料纳米二氧化钛分别应用于抑菌纸中,不仅能赋予纸品较好的抑菌性,而且能够改善纸品的印刷适性。然而,在纸张加工领域,对适用于植物纤维基材的有机/无机纳米复合抑菌材料的研究尚未见报道,壳聚糖(CTS)/二氧化钛(TiO2)纳米复合涂料这一新型抑菌材料的制备及其在涂布抑菌纸中的应用基础研究也仍然是全新的研究课题。在本工作中,根据天然抑菌材料壳聚糖和无机抑菌材料纳米二氧化钛的独特物化特性,以稳态流变行为及动态粘弹行为为评价依据,通过纳米粒子表面改性、CTS/TiO2纳米复合材料构建、涂料组分全面优化等手段制备了高性能的CTS/TiO2纳米复合抑菌涂料,并对其在涂布抑菌纸中的适应性和功能性进行了研究。试验结果表明,采用月桂酸钠对纳米二氧化钛表面改性,可明显改善其在壳聚糖体系中的分散稳定性。在涂料制备过程中,重点考查了纳米二氧化钛的加入量对CTS/TiO2纳米复合涂料流变行为及其纸张表面涂布性能的影响。研究发现,随着纳米二氧化钛用量的增加,纳米复合涂料的稳态表观粘度及动态黏弹性能都呈现明显的下降趋势;而纸张涂布试验结果显示,涂料中纳米二氧化钛的加入,可赋予涂布纸较好的抑菌性能,并有助于提高涂布纸的力学性能与阻隔性能。具体来说,试验证明纳米二氧化钛的加入量为10%时,涂布纸的力学性能及抑菌性能均达到较佳水平,抑菌纸对大肠杆菌的抑菌率达到99.8%。另外,扫描电镜测试显示,未涂布纸张纤维表面呈现多孔状,CTS/TiO2纳米复合涂料涂布后的抑菌纸表面形成了均匀的聚合物涂层,平滑度明显得到改善。由此可见,CTS/TiO2纳米复合涂料在抑菌包装材料方面显示出较好的应用潜力。除了表面涂布应用之外,我们还进一步探究了CTS/TiO2纳米复合材料在造纸湿部成形过程中应用的可行性,为此,我们合成了CTS/TiO2纳米复合材料,并基于湿部形成技术,制备了抑菌纸。基于湿部成形技术制备的抑菌纸具有较好的力学性能;但与表面涂布抑菌纸比较,湿部成形抄造的抑菌纸对大肠杆菌的抑菌率较差。