一種高強度魔芋葡甘聚糖抗菌納米復合薄膜的制備方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于高分子復合薄膜的制備，涉及一種高強度魔芋葡甘聚糖抗菌納米復合薄膜的制備方法。本發明制得的材料具有柔韌性好、機械強度高以及抗菌等優點，可用于環境友好型包裝材料。
【背景技術】
[0002]魔芋葡甘聚糖是一種天然高分子多糖，其分子中包含葡萄糖和甘露糖，β -1, 4-糖苷鍵連接。作為一種可再生天然資源，魔芋葡甘聚糖來源充足，可生物降解，具有凝膠性、成膜性等多種特性，以及含有大量的活潑羥基，可以在魔芋葡甘聚糖的分子鏈上引入或脫掉一些基團，發生酯化、硝化、醚化、接枝等化學反應制備高性能的魔芋葡甘聚糖衍生物，從而獲得不同用途的新材料，可廣泛應用于食品、醫藥、化工以及生物等領域。魔芋葡甘聚糖薄膜由于魔芋葡甘聚糖吸水性強，耐水性差，在水中的溶脹度高，溶膠的流變性及穩定性差，為其更廣泛的應用帶來極大不便。利用魔芋葡甘聚糖上活潑基團的化學性質，對魔芋葡甘聚糖進行脫乙酰基處理，處理后的薄膜耐折度、耐水性、耐洗刷性都顯著提高，綜合性能明顯增強。
[0003]銀納米粒子具有體積小、比表面積大、良好的化學性能、催化性能、抗菌性能和生物相容性等優點。在自然界中，幾乎所有的細菌的細胞壁和細胞膜都帶有負電荷，而銀離子帶有正電荷，銀離子很容易無選擇性的吸附各種細菌。銀離子和細胞接觸、蛋白質或其他陰離子基團結合，使原有的生物功能消失，破環膜的代謝，通過破壞膜的功能達到抗菌的目的。納米銀粒子雖然對材料的抗菌性能提高很大，但對材料的力學性能卻影響不大，二維的納米銀線就不同，與其它物質復合時可以形成網狀結構，網孔填充之后材料更加密實，可以顯著提高材料的力學性能。目前，納米銀線仍存在易團聚、分散性差，易形成二次粒子等問題。
[0004]現有技術中，復合薄膜大多是聚合高分子，是石油化工分子的產物。在經濟持續發展過程中，我們正面臨著能源、環境的巨大壓力。經濟要發展，燃料不可少，石油則更是現代經濟發展的發動機。通過天然高分子替代石油產品不僅可以節省資源和合理利用資源，一定程度上也有助于緩解國家能源危機。因此尋找具有生物可降解的環境友好型材料替代復合薄膜材料中的石油分子，已成為材料開發研究的一個趨勢。現在技術中，尚未有關利用二氧化硅包覆銀線制備一種高強度魔芋葡甘聚糖抗菌納米復合薄膜的的文獻報道。
【發明內容】
[0005]本發明的目的旨在克服現有技術中魔芋葡甘聚糖薄膜力學強度低，抗菌性差，納米銀線易團聚、分散性差、易形成二次粒子等問題，提供一種高強度魔芋葡甘聚糖抗菌納米復合薄膜的制備方法。本發明以天然高分子魔芋葡甘聚糖為原料，加入二氧化硅包覆納米銀線，制得一種新型復合薄膜材料；該材料具有柔韌性好、機械強度高以及抗菌等優點，可用于環境友好型包裝材料。
[0006]本發明的內容是:一種高強度魔芋葡甘聚糖抗菌納米復合薄膜的制備方法，其特征是步驟為:
a、取二氧化硅包覆納米銀線加入到蒸餾水或去離子水中，(劇烈)攪拌0.5?I小時，配制成質量百分比濃度為0.1%?0.5%的二氧化硅包覆納米銀線水溶液；
b、按二氧化硅包覆納米銀線與魔芋葡甘聚糖質量比為1:1?200的比例取魔芋葡甘聚糖，將魔芋葡甘聚糖加入到二氧化硅包覆納米銀線水溶液中并劇烈攪拌0.5?I小時，得到混合溶液；
C、將混合溶液靜置12?18小時后，倒入制備復合薄膜的模具中，再于30?50°C的溫度下干燥12?36小時，取出冷卻至室溫，制成厚度為0.1?0.3毫米的復合薄膜；
d、將復合薄膜置于質量百分比濃度為I?2%的堿的水溶液中，在30?40°C的溫度下浸泡3?8小時，然后取出用水洗至中性，再于40?500C的溫度下干燥4?8小時，S卩制得高強度魔芋葡甘聚糖抗菌納米復合薄膜材料；
所述質量百分比濃度為I?2%的堿的水溶液中，每100?200質量份的堿的水溶液中加入有乙醇2?8質量份。
[0007]本發明的內容中:步驟a中所述二氧化硅包覆納米銀線的制備方法為:向裝有回流裝置的500毫升三頸燒瓶中加入150?160毫升去離子水(或蒸餾水)和1.5?2毫升濃度為2摩爾每升的氫氧化鈉水溶液,攪拌下加熱升溫至90?100°C ;把0.5?0.6克十六烷基三甲基溴化銨和0.5克納米銀線溶于30毫升去離子水(或蒸餾水)中，在超聲波清洗機中超聲處理20?30分鐘后，過濾，得到分散均勻的懸浮液，然后將懸浮液加入到所述三頸燒瓶中繼續攪拌反應5?10分鐘后，再(緩慢)滴加入2?3毫升的正硅酸乙酯，滴加完，在90?100°C的溫度下持續反應2?3小時；反應結束后，將反應后物料靜置，過濾，固體物用去離子水或蒸餾水洗滌2?5次；再將固體物與50?100毫升硝酸銨-乙醇混合體系的萃取劑混合，在60?70°C下浸泡15?30分鐘，過濾，最后將固體物用乙醇洗滌，干燥，即制得二氧化硅包覆納米銀線；
所述硝酸銨-乙醇混合體系是質量百分比為15%的硝酸銨與85%的乙醇的混合物；所述乙醇是體積百分比濃度為95%的乙醇水溶液。
[0008]所述在超聲波清洗機中超聲處理20?30分鐘是在功率2400瓦、頻率28千赫茲超聲波清洗機中超聲處理20?30分鐘。
[0009]本發明的內容中:步驟d所述的堿的水溶液可以為氫氧化鈉水溶液、氫氧化鉀水溶液或氨水溶液。
[0010]與現有技術相比，本發明具有下列特點和有益效果:
(I)采用本發明，魔芋葡甘聚糖是一種天然高分子多糖，具有可生物降解和良好生物相容性，存在大量活潑的羥基；納米銀線具有高長徑比、良好的化學性能，抗菌性能和生物相容性等優點；基于二氧化硅包覆納米銀線羥基和魔芋葡甘聚糖分子間基團的相互作用，為復合薄膜的制備提供了基礎；二氧化硅包覆納米銀線作為具有網狀結構二維高長徑比物質來制備功能性高分子復合材料，可以改善復合材料的抗菌性能，提高復合材料的力學性能及穩定性；高強度魔芋葡甘聚糖抗菌納米復合薄膜材料在乙醇的氫氧化鈉溶液、乙醇的氫氧化鉀溶液、乙醇的氨水溶液中處理，使魔芋葡甘聚糖脫乙酰基，處理后的薄膜耐折度、耐水性、耐洗刷性都顯著提高，綜合性能明顯增強； (2)采用本發明，根據納米粒子間存在的相互作用，通過二氧化硅表面修飾和表面處理，改善納米銀線表面結構狀態，降低納米銀線間的相互吸引，避免納米粒子的團聚，包覆后的納米銀線分散性和流變性更好，穩定性更高；二氧化硅包覆納米銀線解決了納米銀線易團聚、分散性差，易形成二次粒子等問題；
(3)本發明制備高強度魔芋葡甘聚糖抗菌納米復合薄膜材料中，采用的是天然高分子魔芋葡甘聚糖，避免了石油化工生產的聚合高分子，節約能源，環境友好，通過天然高分子替代石油產品不僅可以節省資源和合理利用資源，一定程度上也有助于緩解國家能源危機；
(4)采用本發明，制備的高強度魔芋葡甘聚糖抗菌納米復合薄膜材料具有機械強度高、熱穩定性高、可降解、材料規整好、柔韌性好、以及抗菌等優點，可廣泛應用于環境友好型包裝材料；
(5)本發明產品制備工藝簡單，工序簡便，容易操作，實用性強。
【附圖說明】
[0011]圖1是實施例1混合溶液及制得的高強度魔芋葡甘聚糖抗菌納米復合薄膜的外觀示意圖；
圖2是實施例2混合溶液及制得的高強度魔芋葡甘聚糖抗菌納米復合薄膜的外觀示意圖；
圖3是實施例3混合溶液及制得的高強度魔芋葡甘聚糖抗菌納米復合薄膜的外觀示意圖；
圖4是實施例4混合溶液及制得的高強度魔芋葡甘聚糖抗菌納米復合薄膜的外觀示意圖；
圖5是實施例5混合溶液及制得的高強度魔芋葡甘聚糖抗菌納米復合薄膜的外觀示意圖；
圖6是實施例6混合溶液及制得的高強度魔芋葡甘聚糖抗菌納米復合薄膜的外觀示意圖。
【具體實施方式】
[0012]下面給出的實施例擬對本發明作進一步說明，但不能理解為是對本發明保護范圍的限制，該領域的技術人員根據上述本發明的內容對本發明作出的一些非本質的改進和調整，仍屬于本發明的保護范圍。
[0013]實施例1:
將一定質量的二氧化硅包覆納米銀線加入到100毫升去離子水中，劇烈攪拌0.5小時，配制成質量百分比濃度為0.1%的溶液；將2克魔芋葡甘聚糖加入到上述溶液中并劇烈攪拌I小時；靜置12小時后，倒入模具中，50°C溫度下干燥12小時，取出冷卻至室溫，接膜制得厚度為0.3毫米復合薄膜；將復合膜置于100克質量百分比濃度為1%含4克乙醇的堿溶