在當前材料科學快速發展的背景下,殼聚糖作為一種具有優異性能的天然高分子材料,其應用研究備受關注。尤其是在複合膜製備領域,通過與其他材料的共混、增塑及交聯等改性技術,可有效改善殼聚糖膜的性能,拓展其應用範圍。
殼聚糖分子含有大量活潑基團,與明膠共混時易產生氫鍵和靜電力等分子間作用。《2025-2030年全球及中國殼聚糖行業市場現狀調研及發展前景分析報告》表明,當殼聚糖與明膠質量比為7∶3,即明膠質量分數為 30% 時,殼聚糖分子形成纖維狀規整排列,複合膜抗張強度較純殼聚糖膜顯著提高,達到一定數值。但此時複合膜吸水率高達111%,不利於進一步加工,因此需進行增塑研究。
甘油作為增塑劑,能插入殼聚糖和明膠分子鏈間,破壞分子間氫鍵,軟化膜的剛性結構。當甘油質量分數為 8% 時,複合膜斷裂伸長率增加至 87%,吸水率降低至 43.99%,增塑效果最佳。然而,此時抗張強度有所降低,故需進一步交聯以提升強度。
硼酸和檸檬酸均能與體系發生交聯作用。加入硼酸後,複合膜抗張強度提高至 43.52MPa,吸水率降低至 32.97%,但斷裂伸長率有所下降。加入檸檬酸後,抗張強度提升至 35.30MPa,斷裂伸長率和吸水率的變化相對較小,說明檸檬酸交聯作用較緩和。
在體系中引入聚乙烯醇(PVA)後,硼酸和檸檬酸與 PVA 發生交聯反應,形成複雜交聯體系。其中,檸檬酸交聯後的複合膜抗張強度可達 57.93MPa,吸水率為 33.74%,斷裂伸長率為 62.60%,性能更為優異。
實驗發現,先加 PVA 後加交聯劑的工藝效果更好。若先加交聯劑後加 PVA,會因體系相容性差導致相分離,使複合膜抗張強度降低,吸水率升高。而正確的加入順序可使複合膜性能得到有效提升。
掃描電子顯微鏡觀察顯示,殼聚糖與明膠相容性良好,形成均勻分散的兩相體系。加入PVA和交聯劑後,檸檬酸交聯體系分散更均勻,這與其較好的力學性能一致。
綜上所述,通過對殼聚糖進行與明膠共混、甘油增塑、引入PVA及交聯等改性技術研究,成功製備出性能優良的殼聚糖 / 明膠 / PVA 複合膜。當殼聚糖與明膠質量比為7∶3,甘油質量分數為8%,採用先加PVA後加檸檬酸的交聯工藝時,複合膜抗張強度為53.14 - 57.93MPa,吸水率為31.14% - 33.74%,斷裂伸長率為60.61% - 62.60%,展現出良好的綜合性能,為殼聚糖在包裝、醫療等領域的應用提供了有力的技術支持。