一种壳聚糖纳米纤维素纳米二氧化钛复合膜的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种壳聚糖纳米纤维素纳米二氧化钛复合膜的制备方法。本发明专利技术以纳米纤维素、纳米二氧化钛为功能性填料，采用溶液共混的方法制得壳聚糖/纳米纤维素/纳米二氧化钛三元复合膜，系统地对其制备工艺条件和物料配方进行优化，通过纳米纤维素、纳米二氧化钛的共混改性可望实现纳米纤维素和纳米二氧化钛在复合膜中的高分散性进而发挥纳米纤维素的高强度以及纳米二氧化钛的良好抗菌性能，提高复合膜材料的力学性能和抗菌性，为研发基于壳聚糖的可降解抗菌包装膜提供基础数据和技术支撑。

【技术实现步骤摘要】
一种壳聚糖纳米纤维素纳米二氧化钛复合膜的制备方法
本专利技术属于抗菌可降解复合材料
，具体涉及一种壳聚糖纳米纤维素纳米二氧化钛复合膜的制备方法。
技术介绍
甲壳素是地球上存在的产量第二大的天然有机化合物，而壳聚糖是甲壳素的脱乙酰产物，是一种具有生物可降解性、生物相容性以及无毒等优点的阳离子多糖。壳聚糖中带正电荷的基团可以和带有负电荷的物质相互作用，形成三维网状结构。壳聚糖具有良好的成膜性、抗菌性、吸湿性、保湿性、抗凝血和促进伤口愈合的作用以及抗肿瘤作用。壳聚糖具有的这些优良性质使其成为在食品保鲜和包装领域非常有前途的包装材料。近年来，人们以壳聚糖为基质进行了一系列关于食品保鲜膜的研究，发现壳聚糖膜的性质受到壳聚糖的来源、分子量、脱乙酰度、制备膜方法以及增塑剂等因素的影响。将壳聚糖作为包裹材料，可以在一定程度上起到阻隔包装物与空气中气体的交换，防止水分和营养物质流失的作用。然而，壳聚糖自身的结构和特性决定了壳聚糖膜材料在食品包装和保鲜方面应用时还存在机械性能不高、热稳定性差等问题，另外壳聚糖的抗菌能力还受到膜的亲水性和使用环境条件的影响，抗菌药效时间短。因此，进一步开展壳聚糖的改性研究对于推动其在食品包装和保鲜中的应用已是迫在眉睫的重要任务。共混改性是聚合物改性的常用方法，在单一聚合物组分中加入其它聚合物改性成分，可取长补短，消除各单一聚合物组分性能上的弱点，获得综合性能优异的高分子材料。为了提高壳聚糖的性能，可以通过与其它有机或无机材料共混改性，进而改进其机械性能，同时降低生产成本以及获得新的功能。纤维素来源广泛，是自然界中最丰富的天然高分子聚合物。纤维素来源于纤维素，是一种直径在1～100nm之间，长度为几十到几百纳米之间的刚性棒状纤维素。由于纳米纤维素的高强度、高结晶度、高杨氏模量、高纯度等优异性能，其在材料合成上显示出高强度和杨氏模量等，加之纳米纤维素具有生物材料的轻质、生物相容性、可降解及再生等特性，使其在高性能复合材料中显示出巨大的应用前景。纳米纤维素的强度是迄今生产的强度最高的碳纳米管强度的25％，使其具有取代金属和陶瓷的潜质。纳米二氧化钛是近十年来发展起来的一种新型光催化环境友好型无机材料，可用于空气净化、污水处理等，现已成为新一代的无机抗菌净化材料，越来越受到人们的重视。纳米二氧化钛无毒、无味、无刺激性、热稳定性与耐热性好并且具有即效性好、抗菌能力强、抗菌谱广、抗菌效果持久等优点。纳米二氧化钛不仅能在紫外光的激发下产生具有杀菌作用的羟基自由基，在可见光及微弱的光源下，经过改性的纳米二氧化钛亦显示出良好的杀菌作用。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种壳聚糖纳米纤维素纳米二氧化钛复合膜的制备方法。本专利技术的技术方案如下：一种壳聚糖纳米纤维素纳米二氧化钛复合膜的制备方法，包括如下步骤：(1)制备纳米纤维素悬浮液，具体如下：a、在冰水浴中，边搅拌边将微晶纤维素与硫酸溶液混合，得悬浮液，其中，微晶纤维素与硫酸溶液的质量比为1∶8～9，硫酸溶液的浓度为50～70wt％；b、将上述悬浮液于40～50℃继续搅拌90～120min，得酸解料；c、将上述酸解料离心后去，去除上清，得沉淀；d、将上述沉淀在冰水浴中超声处理30～90min，接着用氢氧化钠溶液调节pH至中性，即得所述纳米纤维素悬浮液；(2)制备壳聚糖纳米纤维素纳米二氧化钛复合膜，具体如下：a、将壳聚糖于48～52℃完全溶解于浓度为1.5～2.5wt％的乙酸溶液中，得第一液料；b、将步骤(1)所得的纳米纤维素悬浮液于48～52℃搅拌25～40min，得第二液料；c、将第二液料加入到第一液料中，于48～52℃搅拌8～12min后，依次加入改性纳米二氧化钛和甘油，搅拌50～70min后冷却至室温，接着超声处理25～40min，然后真空除泡，获得复合膜膜液，上述微晶纤维素、壳聚糖、改性纳米二氧化钛和甘油的比例为2.2～2.3g∶0.4～1.2g∶0.04～0.036g∶0.004～0.16mL；d、将上述复合膜膜液流延并于48～50℃烘干，然后置于NaOH溶液中浸泡后用蒸馏水冲洗干净，即得所述壳聚糖纳米纤维素纳米二氧化钛复合膜。在本专利技术的一个优选实施方案中，所述步骤(1)的a中，微晶纤维素与硫酸溶液的质量比为1∶8.75，硫酸溶液的浓度为63.5wt％。在本专利技术的一个优选实施方案中，所述步骤(1)的b为：将上述悬浮液于45℃继续搅拌110min，得酸解料。在本专利技术的一个优选实施方案中，所述步骤(1)的c中，离心的次数为5次，每次20min，转速为4000rpm。在本专利技术的一个优选实施方案中，所述步骤(1)的d中，所述超声处理的超声频率为50KHz，时间为30min。在本专利技术的一个优选实施方案中，所述步骤(2)的a为：将壳聚糖于50℃完全溶解于浓度为2wt％的乙酸溶液中，得第一液料。在本专利技术的一个优选实施方案中，所述步骤(2)的b为：将步骤(1)所得的纳米纤维素悬浮液于50℃搅拌30min，得第二液料。在本专利技术的一个优选实施方案中，所述步骤(2)的c为：将第二液料加入到第一液料中，于50℃搅拌10min后，依次加入改性纳米二氧化钛和甘油，搅拌60min后冷却至室温，接着超声处理30min，然后真空除泡，获得复合膜膜液。进一步优选的，所述步骤(2)的c中的超声处理的超声频率为50KHz，时间为30min。在本专利技术的一个优选实施方案中，所述步骤(2)的d中的烘干温度为50℃。本专利技术的有益效果是：本专利技术以纳米纤维素、纳米二氧化钛为功能性填料，采用溶液共混的方法制得壳聚糖/纳米纤维素/纳米二氧化钛三元复合膜，系统地对其制备工艺条件和物料配方(加入适当的增塑剂甘油、交联剂戊二醛)进行优化，通过纳米纤维素、纳米二氧化钛的共混改性可望实现纳米纤维素和纳米二氧化钛在复合膜中的高分散性进而发挥纳米纤维素的高强度以及纳米二氧化钛的良好抗菌性能，提高复合膜材料的力学性能和抗菌性，为研发基于壳聚糖的可降解抗菌包装膜提供基础数据和技术支撑。具体实施方式以下通过具体实施方式对本专利技术的技术方案进行进一步的说明和描述。实施例1(1)制备纳米纤维素悬浮液，具体如下：a、在冰水浴中，边搅拌边将4.57g微晶纤维素与40mL浓度为63.5wt％的硫酸溶液混合，得悬浮液；b、将上述悬浮液于45℃继续搅拌110min，得酸解料；c、将上述酸解料离心后去，去除上清，得沉淀，离心的次数为5次，每次20min，转速为4000rpm(或者离心后所得上清液已经浑浊，可以停止离心)；d、将上述沉淀在冰水浴中超声处理，超声处理的超声频率为50KHz，时间为30min，接着用氢氧化钠溶液调节pH至中性，即得所述纳米纤维素悬浮液；(2)制备壳聚糖纳米纤维素纳米二氧化钛复合膜，具体如下：a、将1.2g壳聚糖于50℃完全溶解于40mL浓度为2wt％的乙酸溶液中，得第一液料；b、将步骤(1)所得的纳米纤维素悬浮液于50℃搅拌30min，得第二液料；c、将20mL第二液料加入到第一液料中，于50℃搅拌10min后，依次加入0.036g改性纳米二氧化钛和0.16mL甘油，搅拌60min后冷却至室温，接着超声处理30min，超声处理的超声频率为50KHz，时间为30min，然后真空除泡，获得复合膜膜液；d、将上本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种壳聚糖纳米纤维素纳米二氧化钛复合膜的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：(1)制备纳米纤维素悬浮液，具体如下：a、在冰水浴中，边搅拌边将微晶纤维素与硫酸溶液混合，得悬浮液，其中，微晶纤维素与硫酸溶液的质量比为1∶8～9，硫酸溶液的浓度为50～70wt％；b、将上述悬浮液于40～50℃继续搅拌90～120min，得酸解料；c、将上述酸解料离心后去，去除上清，得沉淀；d、将上述沉淀在冰水浴中超声处理30～90min，接着用氢氧化钠溶液调节pH至中性，即得所述纳米纤维素悬浮液；(2)制备壳聚糖纳米纤维素纳米二氧化钛复合膜，具体如下：a、将壳聚糖于48～52℃完全溶解于浓度为1.5～2.5wt％的乙酸溶液中，得第一液料；b、将步骤(1)所得的纳米纤维素悬浮液于48～52℃搅拌25～40min，得第二液料；c、将第二液料加入到第一液料中，于48～52℃搅拌8～12min后，依次加入改性纳米二氧化钛和甘油，搅拌50～70min后冷却至室温，接着超声处理25～40min，然后真空除泡，获得复合膜膜液；d、将上述复合膜膜液流延并于48～50℃烘干，然后置于NaOH溶液中浸泡后用蒸馏水冲洗干净，即得所述壳聚糖纳米纤维素纳米二氧化钛复合膜，上述微晶纤维素、壳聚糖、改性纳米二氧化钛和甘油的比例为2.2～2.3g∶0.4～1.2g∶0.004～0.036g∶0.04～0.16mL。...

【技术特征摘要】
1.一种壳聚糖纳米纤维素纳米二氧化钛复合膜的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：(1)制备纳米纤维素悬浮液，具体如下：a、在冰水浴中，边搅拌边将微晶纤维素与硫酸溶液混合，得悬浮液，其中，微晶纤维素与硫酸溶液的质量比为1∶8～9，硫酸溶液的浓度为50～70wt％；b、将上述悬浮液于40～50℃继续搅拌90～120min，得酸解料；c、将上述酸解料离心后去，去除上清，得沉淀；d、将上述沉淀在冰水浴中超声处理30～90min，接着用氢氧化钠溶液调节pH至中性，即得所述纳米纤维素悬浮液；(2)制备壳聚糖纳米纤维素纳米二氧化钛复合膜，具体如下：a、将壳聚糖于48～52℃完全溶解于浓度为1.5～2.5wt％的乙酸溶液中，得第一液料；b、将步骤(1)所得的纳米纤维素悬浮液于48～52℃搅拌25～40min，得第二液料；c、将第二液料加入到第一液料中，于48～52℃搅拌8～12min后，依次加入改性纳米二氧化钛和甘油，搅拌50～70min后冷却至室温，接着超声处理25～40min，然后真空除泡，获得复合膜膜液；d、将上述复合膜膜液流延并于48～50℃烘干，然后置于NaOH溶液中浸泡后用蒸馏水冲洗干净，即得所述壳聚糖纳米纤维素纳米二氧化钛复合膜，上述微晶纤维素、壳聚糖、改性纳米二氧化钛和甘油的比例为2.2～2.3g∶0.4～1.2g∶0.004～0.036g∶0.04～0.16mL。2.如权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨欣，王杰，翁连进，韩媛媛，唐雪平，耿頔，
申请(专利权)人：华侨大学，
类型：发明
国别省市：福建,35