基本信息
- 項目名稱：
- 一種新型可降解抗菌復合膜的研制
- 小類：
- 能源化工
- 大類：
- 自然科學類學術(shù)論文
- 簡介：
- 該作品采用超聲波共混技術(shù)將殼聚糖、β-環(huán)糊精、苯甲酸鈉三者共混，利用冷凍干燥技術(shù)使其干燥并成微孔，研制成了一種新型可降解抗菌復合膜。此復合膜兼具了好的抗菌性、力學性能、防潮保濕性、透氣性及可降解性，是新一代綠色環(huán)保功能膜。并且已經(jīng)申請國家發(fā)明專利，它在食品保鮮、環(huán)保等領域，將具有較廣闊的市場前景。
- 詳細介紹：
- 該研究作品通過組分設計和制作工藝的創(chuàng)新，研制成功了一種新型可降解抗菌復合膜。 經(jīng)查新，曾有文獻報道用殼聚糖與膠原蛋白、明膠、絲心蛋白、淀粉等天然高分子的共混膜，這些天然高分子雖然改善了殼聚糖膜的力學性能，但它們同時又是細菌的營養(yǎng)源，明顯地降低了殼聚糖的抗菌性能。隨后有人將具有剛性、尺寸穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性的無機物引入抗菌材料中，雖然在抗菌性及力學性能方面表現(xiàn)較好，但制作程序繁瑣，不適宜于進一步推廣及投產(chǎn)生產(chǎn)。 為克服目前復合膜上述缺點，同時要求具備力學性能及抗菌性、可降解性等多種優(yōu)點，我們研究采取了以下創(chuàng)新： （1）組分設計上的創(chuàng)新。復合膜在組分設計的原料選取上，選用廉價易得且具有一定抗菌性的天然可降解的殼聚糖，和天然可降解的β-環(huán)糊精，并充分利用β-環(huán)糊精具有一定保濕阻水的性能，同時，引入了苯甲酸鈉以加強復合膜的抗菌性。 （2）在制備技術(shù)上，采用超聲波的空化效應將三者共混，并采用冷凍干燥技術(shù)使其干燥并成微孔。 該作品通過FT-IR，X-RD分析技術(shù)以及透光率T表征了其結(jié)構(gòu)，結(jié)果表明：此新型復合膜各組分之間由于存在著氫鍵、離子鍵等強的相互作用表現(xiàn)出了優(yōu)異的相容性，而優(yōu)異的相容性體現(xiàn)出良好的力學性能；通過測試其吸水率和抗菌性，表明β-環(huán)糊精的加入改善其防潮保濕性能并降低了成本，苯甲酸鈉的加入能增強該復合膜的抗菌性。最后通過該復合膜對水果保鮮的驗證實驗，實驗數(shù)據(jù)統(tǒng)計顯示此復合膜具有優(yōu)良特性。 研制的新型復合膜兼具了良好的抗菌性、力學性能、防潮保濕性以及透氣性，并且對人體和環(huán)境無毒無害。經(jīng)查新，研制的新型復合膜具有獨創(chuàng)性，其制備技術(shù)已申請國家發(fā)明專利。在食品、環(huán)保、醫(yī)學等領域都具有十分廣闊的應用前景和經(jīng)濟價值，尤其是在食品保鮮方面將得到較廣泛的應用。
作品圖片
作品專業(yè)信息
撰寫目的和基本思路
- 該作品的研究是從環(huán)境保護的目的出發(fā)，旨在研發(fā)一種可降解，綠色環(huán)保，力學性能和保鮮性能良好，且具有抗菌性能的保鮮膜。 為達目的，首先從組分上創(chuàng)新設計：第一組元采用天然可降解并具有抗菌性的殼聚糖，第二組元采用可降解且具有保濕阻水能力的β-環(huán)糊精；為加強其抗菌性，添加少量的苯甲酸鈉。 為達到良好的力學性能和相容性，采用超聲波共混技術(shù)；為了達到良好保鮮性能，采用冷凍干燥技術(shù)使膜產(chǎn)生微孔。
科學性、先進性及獨特之處
- 科學性及先進性在于作品同時具備了以下優(yōu)點：(1)優(yōu)異的相容性與力學性能(2)良好的保濕防潮性能(3)優(yōu)異的抗菌性(4)良好的可降解性(5)良好的透氣性 作品獨特之處：與同類研究產(chǎn)品相比較，研制的復合膜兼具了可降解性、力學性能好、抗菌性優(yōu)、多孔性及防潮保濕性等優(yōu)點，為新一代綠色環(huán)保功能膜。經(jīng)國內(nèi)外文獻查新，該復合膜具有獨創(chuàng)性；并且制備技術(shù)已申請國家發(fā)明專利，具有較高的學術(shù)價值和較高的經(jīng)濟使用價值。
應用價值和現(xiàn)實意義
- 該作品研發(fā)的新型可降解抗菌復合膜的制作工藝較為簡單，而且原料廉價易得，這就使得此膜的制作成本很低；其次，此復合膜的力學性能、抗菌性能、保濕防潮性能以及透氣性都很好，故在食品、環(huán)保、醫(yī)學等領域都具有十分廣闊的應用前景和經(jīng)濟價值，尤其是在食品保鮮方面將得到廣泛應用。 另外，經(jīng)國內(nèi)外文獻查新，該復合膜具有獨創(chuàng)性；并且制備技術(shù)已申請國家發(fā)明專利，具有較高的學術(shù)價值和較高的經(jīng)濟使用價值。
學術(shù)論文摘要
- 該作品的研究是從環(huán)保的目的出發(fā)，旨在研發(fā)一種可降解，力學性能和保鮮性能良好，且具有抗菌性能的保鮮膜。為達到上述目的，在膜的組分原料設計上，選用廉價易得且具有抗菌性的天然可降解的殼聚糖和β-環(huán)糊精，并且β-環(huán)糊精還具有一定保濕阻水能力；同時，引入了具有良好的抗菌性的苯甲酸鈉。在膜的制備技術(shù)上，采用超聲波的空化效應將三者共混，并采用冷凍干燥技術(shù)使成微孔，研制成了一種新型可降解抗菌復合膜。通過FT-IR，XRD分析技術(shù)以及透光率T的結(jié)構(gòu)表征、測試吸水率和抗菌性實驗、水果保鮮等實驗，結(jié)果表明：此新型復合膜各組分之間表現(xiàn)出了優(yōu)異的相容性，體現(xiàn)出良好的力學性能；作品具有抗菌性，而且還具有可降解、保濕防潮以及透氣等優(yōu)良特性。 綜上，研發(fā)的新型可降解抗菌復合膜不僅制作工藝較簡單，而且原料廉價易得，制作成本低；并且，此復合膜具有良好的力學性能、抗菌性、保濕防潮性、透氣性以及可降解性，對人體和環(huán)境無毒無害，故此膜在食品、環(huán)保、醫(yī)學等領域都具有十分廣闊的應用前景和經(jīng)濟價值，尤其是在食品保鮮方面將得到較廣泛的應用。
獲獎情況
- 以該作品為研究內(nèi)容撰寫的科技論文： （1）《殼聚糖制備多糖共混膜的吸濕性和抗菌性研究》已被中文核心期刊《中國組織工程研究與臨床康復》錄用； （2）《殼聚糖/β-環(huán)糊精/苯甲酸鈉三元共混膜的制備》已被中文核心期刊《材料導報》錄用； （3）2009年5月，本作品在第十一屆“挑戰(zhàn)杯”全國大學生課外學術(shù)科技作品競賽重慶賽區(qū)決賽中，進入化工類總決賽的5支參賽隊伍中，榮獲特等獎。
鑒定結(jié)果
- 作品的組分設計巧妙，應用技術(shù)先進，制備出的三元共混膜集良好的可降性、透氣性、抗菌性、防潮保濕性于一體，是一種新型環(huán)保多功能復合膜，經(jīng)查新，具有獨創(chuàng)性，已申請國家發(fā)明專利，可在食品、環(huán)保等領域得到應用。
參考文獻
- [1]王碧等.葡甘聚糖-殼聚糖-聚乙烯醇共混膜的結(jié)構(gòu)表征及性能研究[J].化學世界,2008,49(8):470-473,464 [2] 申景博等.殼聚糖-淀粉-聚乙烯醇共混膜的制備及透光性研究[J].廣東包裝,2007(6):42-43 [3]杜予民，夏祖勇等.殼聚糖/淀粉共混膜[J].武漢大學學報(自然科學版),1997 ,43(2) :220 [4]中國科學院大連化學物理研究所.一種聚乙烯醇/殼聚糖共混膜的制備方法[P].中國專利:200610002664.7 [5]四川大學.殼聚糖/木質(zhì)素共混可降解膜及其制備方法[P].中國專利:200710050291.5 [6]武漢大學.一種殼聚糖與聚（4-乙烯基吡啶）季胺鹽共混膜及其制備方法和用途[P].中國專利:03128329.2
同類課題研究水平概述
- 殼聚糖是僅次于纖維素的第二大天然多糖，具有無毒、無味及良好的生物降解性、抗菌性、可再生性和成膜性等優(yōu)點。近年來，在生物醫(yī)用膜、食品包裝材料等方面應用報道很多。但其力學性能較差，故人們采用共混改性的方式來增強殼聚糖膜的性能。 經(jīng)查閱大量文獻發(fā)現(xiàn),曾有文獻報道用殼聚糖與膠原蛋白、明膠、絲心蛋白、淀粉等天然高分子制成的共混膜，這些天然高分子雖然改善了殼聚糖膜的力學性能，但它們同時又是細菌的營養(yǎng)源，明顯地降低了殼聚糖的抗菌性能。鄧紅等人以魔芋精粉、殼聚糖為主要原料，利用其混合溶膠在適當條件下的成膜特性制備可食性包裝膜，此膜雖然在最佳工藝下制備的膜具有透明性、柔韌性等優(yōu)點，但其耐水性較差且制備過程加入了增塑劑等添加劑，增加了生產(chǎn)成本。姚子昂等人以溶液共混法制成不同比例的殼聚糖/透明質(zhì)酸共混膜，通過觀察各種共混膜的表面形態(tài)結(jié)構(gòu)、結(jié)晶度、透光率等，發(fā)現(xiàn)透明質(zhì)酸的加入改變了殼聚糖膜的力學性能，但當濃度稍高時就會出現(xiàn)相分離，說明其相容性較差。余家會等人用殼聚糖和尼龍1010共混制備的膜力學性能較差。 為了克服天然高分子膜在這些方面的不足，近年來，具有剛性、尺寸穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性的無機物被引入到抗菌材料的應用中來。吳峰等人研究了將殼聚糖與二氧化鈦溶膠超聲混合，通過旋涂的方法制備殼聚糖/二氧化鈦復合膜。此膜雖然有良好的力學性能和抗菌性能，但TiO2濃度過高時導致TiO2顆粒團聚，使膜的抗菌性下降。 綜上可以看出普通天然高分子二元共混膜有力學性能不高、抑菌性能不好和耐水性差等缺點，于是人們開始研究三元共混膜，使其更能綜合各組分的優(yōu)良特性。在查閱大量文獻的過程中，我們發(fā)現(xiàn)：環(huán)糊精分子中有獨特的空腔，可以包容客體，并與客體間有強的分子間力的作用。這也可以說明環(huán)糊精與客體有較好的相容性。而苯甲酸鈉是一種傳統(tǒng)的食品添加劑，具有殺菌、防腐的功效，應用廣泛。 如果能將殼聚糖、β-環(huán)糊精、苯甲酸鈉三者共混制備保鮮膜，將解決現(xiàn)有此類膜存在的力學性能、抗菌性以及保濕防潮性能較差的現(xiàn)狀。 經(jīng)查新，殼聚糖/β-環(huán)糊精/苯甲酸鈉的三元共混膜國內(nèi)外還未見報道。于是，我們研究利用超聲波的空化效應將殼聚糖、β-環(huán)糊精、苯甲酸鈉三者共混，采用冷凍干燥技術(shù)使其干燥并成微孔，研制了一種新型可降解抗菌復合膜。
