羽毛蛋白纤维素复合膜制备及性能研究文献综述

 2022-08-10 02:08

羽毛蛋白纤维素复合膜的制备与研究的文献综述

一:天然高分子材料研究的现状

早在1983年,就有研究者对天然高分子材料进行研究。福建师范大学高分子研究所甘景镐[1]就有研究,一种存在于甲壳动物壳体中的多糖——甲壳质(聚乙酰氨基葡糖),也称壳多糖,这种天然高分子的应用广泛。由于它是效力很高的阴离子交换剂,在结构中带有氨基和羟基,所以可作为茶、咖啡、果汁等物品的制备性分离,可作为一种色谱载体;还可做环境保护,因为它对生物中多种有害金属如汞等具有螯合作用,可作污水净水;不仅如此,壳多糖还可做放射性污染的净化、玻璃纤维整理剂、矿石综合利用以及照相工业材料。

2012年,何乐、陈复生等[2]就详细阐述了研究天然高分子可降解材料的特点及意义,并对近年来天然高分子材料的研究进展进行总结。天然高分子材料具有良好的生物降解性、安全性、经济性、透气性,在自然界中像纤维素、淀粉、甲壳素以及蛋白质等天然材料资源丰富,基本能制成可降解材料,这类自然生长的材料基本能维持自然降解的动态平衡,但是,这类分子中大部分含有大量羟基以及其他极性基团,导致极易形成分子内和分子间氢键,从而在溶剂中难以进行溶解和熔融加工。因此到目前为止工业用材料基本很难实现大规模化,但是随着科技的发展,现在已经能用化学方法进行改性,将其与化学试剂进行反应,合成可降解材料,又进行掺混制成高分子合金,使其具有可加工性。有两类纤维素经过结构改性使其能在工业上广泛使用:一种是再生纤维素,另一种是化学改性纤维素,用NaOH/尿素、NaOH硫脲水溶液纺丝和制膜方面已经取得成功。

而随着研究领域对天然高分子材料的不断深入挖掘,目前高分子材料早已不止局限于日用生活的工业生产,高分子材料的队伍不断扩大,能广泛使用的领域也早触及到生物领域,诸如软组织[3]、骨组织的替代修复和恢复功能[4];又如柔性电子材料[5];生物3D打印技术[6]

1.1.天然高分子材料在生物领域的应用

新型生物敷料[7]相较于传统医用敷料,具有透氧透气性、能作为良好的保护屏障、能在自然降解、降低伤口感染、利于创口愈面的恢复,因此能作为医用上良好的敷料。用于生物敷料的其中一种高分子材料为壳聚糖与海藻酸钠纤维。

应用于组织工程[3]中的天然高分子材料其特性是具有良好的生物相容性、较好的自然生物降解性、相当强度的机械性能与变形能力,且无毒,来源广泛、易获取成本低的原料。常用于组织工程的高分子材料有丝素蛋白与壳聚糖,丝素蛋白是从蚕蛹中提取出的高分子蛋白物质,它有良好的相容性、柔韧性、力学性能良好,由于丝素蛋白在拉伸强度和韧性上与人体韧带相似,所以其缓慢的降解速度能很好地使拉伸强度在体内维持较长时间,以为新生细胞及组织的再生时间提供缓冲,能使人体达到最大程度的修整。

1.2.天然高分子材料在化学材料中的应用

在水处理技术领域[8]中,一直以化学药剂作为处理污水废水的主要手段,传统处理药剂主要包括抑菌剂、杀虫剂、阻垢剂等,这类水处理技术投入量大、操作繁琐、设备复杂,且化学药剂之间还会发生反应生成未知物,还会对人体健康和环境造成损害,因此研发天然高分子材料作为水处理新型技术的原料则成为当下一种热点话题。采用多糖类天然高分子絮凝剂(壳聚糖),在弱酸性条件下,它易于质子化,而使得壳聚糖带有正电荷,与水中带有着负电的颗粒中和,从而使得浊液絮凝和混凝。诸如此类的天然杀菌剂以及阻垢剂,以其正负离子的中和,来达到杀菌阻垢的目的

1.3. 天然高分子材料在保鲜涂膜中的应用

合理使用保险涂膜对于提高食物保质期具有重要意义。利用天然高分子材料做成涂膜材料[9],具有其他非天然材料无法比拟的优点,如可降解性、来源广泛、价格低廉、成膜性好。使用天然高分子涂膜是食品保鲜的重要手段。张少飞等人就对这种涂膜材料进行总结,指出,天然高分子用于保险涂膜的种类主要有多糖类(壳聚糖、淀粉、纤维素、植物胶)、蛋白质类(玉米醇溶蛋白、明胶)。其中,纤维素保鲜涂膜中的纤维素是自然界中分布最广、含量最多的一种多糖,它是由葡萄糖组成的大分子多糖,不溶于水和一般有机溶剂,利用纤维素制成的保险涂膜具有良好的成模性,但对于气体的阻隔性能不佳,通常需要加入一定量的甘油和蛋白质进行改善性能。刘建志等人利用马铃薯废渣制成羧甲基纤维素,然后将其与壳聚糖和纳米SiO2 混合制得涂膜剂,对苹果进行表面涂膜,结果表明,这种纤维素涂膜剂能有效抑制苹果的呼吸作用,延缓苹果的衰老,具有抑制果实硬度下和降低病菌对果实侵害的功效。

1.4.天然高分子材料用于复合膜的制备

自然界中的大豆来源广泛,且廉价易得,大豆含有较为丰富的蛋白质。从50年代起[10],美国首先开始研究大豆蛋白分离技术,而我国是从80年代开始研究大豆分离蛋白。分离出的大豆蛋白可用于膜材料的制备,制成大豆分离蛋白膜,并在其中加入其它辅料,诸如纤维素、明胶、甘油等材料,改善其膜的机械性能以及表观性能。

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