Zein/PPC/纳米TiO2抗菌复合膜的制备及性质研究

摘要

玉米醇溶蛋白(zein)是存储在玉米中典型的醇溶类蛋白质，具有良好的成膜性，主要应用在食品包装，生物医药活性包装，药物缓释材料等方面。聚碳酸亚内酯(PPC)是通过二氧化碳和环氧丙烷共聚得到的新型可降解类的高分子材料，具有生物降解性，生物相容性，生物再生性等优点。纳米二氧化钛被认为是目前最可靠的光催化剂，具有优良的稳定性、高化学活性、无毒、抗菌、防紫外线等特点，因此常被应用到降解污染物，太阳能电池等电子设备上。
　　本研究以玉米醇溶蛋白、聚碳酸亚内酯和纳米二氧化钛为原料，甘油为增塑剂，应用挤压法制备zein/PPC/纳米TiO2复合膜，并对复合膜的机械性能、吸水性能、表观形态及结构、热稳定性和内部分子结构进行研究。同时分析纳米二氧化钛的光催化性和抗菌性。结果表明，利用挤压技术制备的复合膜具有较好的透明性，且各物质分布均匀。增塑剂甘油和PPC的添加均提高了复合膜的机械强度，当物质含量分别为甘油20％，PPC为25％，纳米二氧化钛为0.5％时，抗菌复合薄膜的拉伸强度最优，达到25 MPa。应用变形Halsey模型方程，拟合预测拉伸强度与相对湿度之间的关系模型。利用扫描电镜(SEM)观察到玉米醇溶蛋白和PPC和甘油之间混合均匀，可形成有序的网络结构，且纳米二氧化钛均匀的分布在复合膜中;差示扫描量热仪(DSC)和热失重(TGA)分析表明抗菌复合膜的热稳定性能好;傅里叶变换红外光谱(FT-IR)分析显示，复合膜中由于PPC的添加形成了新的酯犍，使得复合膜结构更加稳定，并且存在相应的化学键表明纳米二氧化钛稳定的存在于复合膜中。
　　采用甲基橙染料模拟污染物，染料降解率代表光催化性强弱，考察复合膜的光催化性，结果显示，复合膜中甘油和PPC的添加量均对复合膜的光催化性影响较小，添加的纳米二氧化钛含量不同时，复合膜表现出不同的降解率，且在紫外光下降解率高于自然光照射下的降解率。当纳米二氧化钛含量为0.5％时，在紫外照射条件下，复合膜显示出了较强的光催化性，降解率为84.14％，并且符合一级动力学方程，其方程参数R2为0.976。微生物实验，结果表明，添加纳米二氧化钛的复合膜在紫外照射下具有抑菌效果。

目录

声明

摘要

1 前言

1．1 玉米醇溶蛋白

1．1．1 玉米醇溶蛋白的组成

1．1．2 玉米醇溶蛋白的结构

1．1．3 玉米醇溶蛋白的物理化学性质

1．1．4 玉米醇溶蛋白的提取方法

1．1．5 玉米醇溶蛋白的应用

1．2 聚碳酸亚丙酯

1．2．1 聚碳酸亚内酯(PPC)的结构和性质

1．2．2 聚碳酸亚内酯的合成

1．2．3 聚碳酸亚内酯的应用

1．3 纳米二氧化碳

1．3．1 纳米二氧化碳的结构

1．3．2 纳米二氧化钛降解机制

1．3．3 纳米二氧化钛的应用

1．4 抗菌膜

1．4．1 抗菌膜材料的种类

1．4．2 抗菌剂的分类与抗菌作用原理

1．4．3 膜材料与抗菌剂的协同抗菌作用

1．5 课题研究的目的与内容

1．5．1 研究的目的与意义

1．5．2 研究的主要内容

2 材料与方法

2．1 材料和设备

2．1．1 实验主要材料

2．1．2 实验主要仪器

2．2 挤压法制备Zein／PPC／纳米TiO2复合薄膜

2．3 玉米醇溶蛋白／PPC／纳米TiO2复合薄膜的性质分析

2．3．1 复合膜拉伸强度和断裂伸长率的测定

2．3．2 相对湿度条件的形成

2．3．3 复合膜吸水率的测定

2．3．4 热特性(DSC)分析

2．3．5 热失重(TGA)分析

2．3．6 扫描电子显微镜(SEM)观察

2．3．7 傅立叶变换红外光谱(FT-IR)测定

2．4 光催化性能的测定

2．4．1 标准曲线的绘制

2．4．2 光催化性能的测定

2．4．3 抗菌性能表征

3 结果与讨论

3．1 Zein／PPC／Nano-TiO2复合膜制备工艺的确定

3．1．1 制膜工艺单因素实验

3．1．2 复合膜制膜工艺的响应面实验及结果

3．1．3 回归模型的方差分析

3．1．4 挤压处理工艺的条件优化及验证实验

3．2 Zein／PPC／Nano-TiO2复合膜性质分析

3．2．1 复合膜吸水性测定

3．2．2 环境相对湿度对复合膜平衡含水率的影响

3．2．3 环境相对湿度与膜拉伸强度的关系

3．2．4 复合膜的扫面电子显微镜(SEM)观察

3．2．5 复合膜的热特性(DSC)分析

3．2．6 复合膜的热失重(TG)分析

3．2．7 复合膜的红外光谱(FT-IR)分析

3．3 Zein／PPC／Nano-TiO2复合膜抗菌性分析

3．3．1 复合膜光催化性能的测定

3．3．2 复合膜抑菌性能表征

4 结论

5 展望

参考文献

致谢