抗菌性竹纤维复合材料制备工艺及机理研究

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为获得高抗菌性竹纤维复合材料,本论文研究采用碱性硫酸盐制浆方法将慈竹原料制成竹质溶解浆粕,再与改性壳聚糖产物混合,制备了抗菌性竹纤维复合材料,通过实验条件探讨、产物结构分析表征及抗菌性检测,确定了最佳反应条件,探讨了壳聚糖改性及产物抑菌机理。  经碱性硫酸盐法蒸煮、D-E-D漂白、NaOH-H2O2降聚和酸处理,最终制备的浆泊的各项指标为:α-纤维素含量92.65%,白度74.1%,灰分0.16%,平均聚合度537。通过氧化降解的方式制备低分子量壳聚糖。使用过氧化氢作为氧化剂的最佳条件为:料液比1∶40,过氧化氢用量5%,反应温度70℃,反应时间6h;使用次氯酸钠作为氧化剂的最佳条件为:料液比1∶40,次氯酸钠用量20%,反应温度70℃,反应时间5.5h。经分析对比,过氧化氢的降解效果较次氯酸钠好。降解后的壳聚糖的分子量显著减小,孔隙度增大,结晶度下降,热稳定性降低,水溶性增强,但氨基含量不受影响,分子骨架结构没有遭受破坏。  壳聚糖羧甲基改性的最佳反应条件为:反应温度85℃,壳聚糖与氯乙酸质量比1∶4,反应时间5.5 h,制备出取代度为1.700的N,O-羧甲基壳聚糖。壳聚糖季铵化改性的最佳反应条件为:壳聚糖与2,3-环氧丙基三甲基氯化铵的摩尔比1∶4,反应温度85℃,反应时间8h,取代度为0.8594。改性后,N,O-羧甲基壳聚糖的结晶度降低,热稳定性下降;壳聚糖季铵盐在所有pH范围内溶解性好,但外观外貌变得紧凑,孔隙减少。  将溶解级竹浆粕和壳聚糖进行接枝反应,制备抗菌性竹质纤维素材料。利用高碘酸钠制备氧化型竹浆粕DAC的最佳工艺为:NaIO4浓度20 g/L,氧化时间5h,氧化温度40℃。DAC和壳聚糖发生接枝反应制备共聚物CCF的最优工艺为:反应温度40℃,壳聚糖浓度10g/L,反应时间2h。竹纤维与壳聚糖利用K2S2O8与Na2S2O3进行接枝共聚制备共聚物CGF的最佳工艺为:反应温度45℃,反应时间4h,壳聚糖浓度2.5 g/L。DAC和CCF的结晶度降低,CGF的结晶度上升。CCF和CGF对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抑菌率显著提高,最高可达99.91%。  分别将低分子量壳聚糖和N,O-羧甲基壳聚糖与溶解级竹浆粕共混制膜。共混膜中抗菌剂和竹纤维的相容性好,结晶度提高。低分子量壳聚糖/竹纤维共混膜对大肠杆菌的抑菌率最高达95.21%,对金黄色葡萄球菌的抑菌率高达99.74%。N,O-羧甲基壳聚糖/竹纤维共混膜对金黄色葡萄球菌的抑菌率高达99.99%以上。  在竹质卫生原纸两面分别均匀喷涂低分子量壳聚糖和壳聚糖季铵盐制备抗菌纸。抗菌剂颗粒填充在纸张的纤维孔隙中,纸张表面的粗糙程度、吸水性和柔软度均未受影响。随着壳聚糖分子量的降低、添加量的增加,纸张的抗菌性逐渐增强。相同条件下,对金黄色葡萄球菌的抗菌性最强,对白色念珠菌的抗菌性最差。低分子量壳聚糖更适合添加到纸张中制备抗菌纸。壳聚糖及其衍生物对细菌和真菌的抗菌作用主要是破坏其生存条件,抑制其生长。
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