抗菌/抗病毒性纤维素纤维及其纸制品

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纸制品是人们日常生产和生活中不可或缺的产品,很多纸制品都需要具有抗菌和抗病毒效果。而目前制备的抗菌纸存在着成本高或者抗菌效果不持久的问题,制约着它的工业化生产,同时国内外对具有抗病毒效果的纸张的研究还是相当少的。因此采用新型的方法来制备具有抗菌和抗病毒效果的纸张具有重要的现实意义。本论文分别以柠檬酸(CA)、环氧氯丙烷(ECH)为交联剂将β-环糊精(β-CD)固载到纤维素纤维和阳离子淀粉上,得到固载β-环糊精纤维素纤维(β-CD-Cel)和固载β-环糊精阳离子淀粉(β-CD-CS);研究了β-CD-Cel和β-CD-CS对抗菌药物-盐酸环丙沙星(CipHCl)的包合作用以及包合物中CipHCl的释放性能;两种包合物β-CD-Cel-CipHCl和β-CD-CS-CipHCl再分别用来抄纸制得抗菌纸,探讨了不同包合物添加量下的纸张的抗菌效果和物理强度;另外探讨了β-CD-CS对抗病毒药物-阿昔洛韦(ACV)的包合物,研究了包合物β-CD-CS-ACV中ACV的释放性能,包合物再被用来制备具有抗病毒效果的纸张,研究了不同包合物添加量下的纸张的抗病毒效果。通过这些研究我们得到了以下主要的结论:(1)合成CA-β-CD的最优条件为:n(SHP):n(CA):n(β-CD)=1:2:1,100℃下反应1.5h,液固比为2:5。在此条件下合成的CA-β-CD中的羧基含量为0.97mmol/g CA-β-CD,β-CD的质量分数为72.5%。通过对合成的CA-β-CD进行质谱分析知:CA-β-CD的分子量在1500-1800之间,这表明1个β-CD分子和2个或者3个CA分子发生反应,生成CA-β-CD衍生物。CA-β-CD再与纤维素纤维发生酯化反应从而将β-CD固载到纤维上,最佳反应条件为:t=15min,T=160℃,[CA-β-CD]=300g/L,pH=3.4。在此条件下,β-CD的固载率为9.7%。CipHCl在未固载纤维上的饱和吸附量为3.6mg/g绝干纤维,而在固载β-CD纤维上的负载量显著提高,负载量为13.6mg/g绝干纤维;未固载纤维上的CipHCl在30min时的累积释放率超过了90%,而固载β-CD纤维上的CipHCl在240min以后累积释放率才达到90%。(2)合成β-CD-CS的最优条件为:n(ECH):n(β-CD)=5,反应温度为40℃,m(β-CD):m(CS)=2:1,氢氧化钠浓度为300g/L。在此条件下产物中β-CD的固载量为14.3%,阳离子取代度为0.027。采用研磨法β-CD-CS对CipHCl进行包合,研磨法最佳包合条件为:n(CipHCl):n(β-CD)=2:1,m(H2O):m(β-CD-CS)=2:1,研磨时间为40min。在此条件下,包合物中CipHCl的包合量为25.1mg/g β-CD-CS。包合物中CipHCl的累积释放率在0~95min这段时间内,几乎呈线性增加,随后释放速率趋于缓慢,并在350min后释放趋于平衡,此时的累积释放率为90%左右。(3)添加两种包合物β-CD-Cel-CipHCl和β-CD-CS-CipHCl来制备具有抗菌效果的纸张。随着两种包合物添加量的增加,纸页的抗菌效果越来越明显。当β-CD-Cel-CipHCl和β-CD-CS-CipHCl的添加量分别为50%和10%,纸页对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抑菌率都达到了99%以上。当CipHCl添加量相同时,添加β-CD-CS-CipHCl制备的纸页的抗菌效果比添加β-CD-Cel-CipHCl制得的纸页的抗菌效果好。另外,随着包合物β-CD-Cel-CipHCl添加量的增加,纸页的白度、抗张强度和撕裂强度下降;而随着包合物β-CD-CS-CipHCl添加量的增加,纸页的抗张强度和撕裂强度先升高后降低。(4)通过研磨法来实现β-CD-CS对抗病毒药物ACV的包合,最佳的包合条件为:n(ACV):n(β-CD)=2:1,m(H2O):m(β-CD-CS)=2:1,研磨时间为40min。在此条件下,包合物中CipHCl的包合量为14.8mg/g β-CD-CS。在0~60min这段时间内,包合物中大量释放出CipHCl,累积释放率几乎呈线性增加,随后释放速率减慢,并在275min后释放趋于平衡,此时的累积释放率为94%左右。随着β-CD-CS-ACV添加量的增加,纸张的抗病毒效果增强。当β-CD-CS-ACV的添加量为15%时,纸张的抗病毒效果达到90%。
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