在当前材料科学快速发展的背景下,壳聚糖作为一种具有优异性能的天然高分子材料,其应用研究备受关注。尤其是在复合膜制备领域,通过与其他材料的共混、增塑及交联等改性技术,可有效改善壳聚糖膜的性能,拓展其应用范围。
壳聚糖分子含有大量活泼基团,与明胶共混时易产生氢键和静电力等分子间作用。《2025-2030年全球及中国壳聚糖行业市场现状调研及发展前景分析报告》表明,当壳聚糖与明胶质量比为7∶3,即明胶质量分数为 30% 时,壳聚糖分子形成纤维状规整排列,复合膜抗张强度较纯壳聚糖膜显著提高,达到一定数值。但此时复合膜吸水率高达111%,不利于进一步加工,因此需进行增塑研究。
甘油作为增塑剂,能插入壳聚糖和明胶分子链间,破坏分子间氢键,软化膜的刚性结构。当甘油质量分数为 8% 时,复合膜断裂伸长率增加至 87%,吸水率降低至 43.99%,增塑效果最佳。然而,此时抗张强度有所降低,故需进一步交联以提升强度。
硼酸和柠檬酸均能与体系发生交联作用。加入硼酸后,复合膜抗张强度提高至 43.52MPa,吸水率降低至 32.97%,但断裂伸长率有所下降。加入柠檬酸后,抗张强度提升至 35.30MPa,断裂伸长率和吸水率的变化相对较小,说明柠檬酸交联作用较缓和。
在体系中引入聚乙烯醇(PVA)后,硼酸和柠檬酸与 PVA 发生交联反应,形成复杂交联体系。其中,柠檬酸交联后的复合膜抗张强度可达 57.93MPa,吸水率为 33.74%,断裂伸长率为 62.60%,性能更为优异。
实验发现,先加 PVA 后加交联剂的工艺效果更好。若先加交联剂后加 PVA,会因体系相容性差导致相分离,使复合膜抗张强度降低,吸水率升高。而正确的加入顺序可使复合膜性能得到有效提升。
扫描电子显微镜观察显示,壳聚糖与明胶相容性良好,形成均匀分散的两相体系。加入PVA和交联剂后,柠檬酸交联体系分散更均匀,这与其较好的力学性能一致。
综上所述,通过对壳聚糖进行与明胶共混、甘油增塑、引入PVA及交联等改性技术研究,成功制备出性能优良的壳聚糖 / 明胶 / PVA 复合膜。当壳聚糖与明胶质量比为7∶3,甘油质量分数为8%,采用先加PVA后加柠檬酸的交联工艺时,复合膜抗张强度为53.14 - 57.93MPa,吸水率为31.14% - 33.74%,断裂伸长率为60.61% - 62.60%,展现出良好的综合性能,为壳聚糖在包装、医疗等领域的应用提供了有力的技术支持。