摘要
由于传统塑料带来的严重污染问题，使可降解塑料的研究了受到广泛关注。聚己二酸-对苯二甲酸丁二醇酯(PBAT)作为一种生物可降解聚酯，兼具脂肪族的柔韧性和芳香族的刚性，但其价格昂贵，强度不高，从而限制了其广泛使用。微晶微晶纤维素(MCC)来源广泛，价格低廉，具有可以被完全降解的优势，常作为可降解填料使用。由于微晶纤维素含有大量的羟基官能团，易发生化学反应，通过接枝等改性方式可以赋予微晶微晶纤维素填充复合材料新的性能。本文通过合成系列抗菌剂改性微晶纤维素，探究不同抗菌剂与微晶纤维素的相互作用机理。使用抗菌微晶纤维素作为填料制备微晶纤维素/PBAT复合薄膜材料，并对其力学、保鲜、抗菌和降解性能做了研究，主要内容如下： 1.使用γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷(KH560)、聚六亚甲基盐酸胍 (PHMG) 协同改性微晶纤维素，制备抗菌微晶纤维素(PHMG-MCK)。结果表明：PHMG通过KH560开环后接枝在微晶纤维素表面，PHMG的引入没有改变微晶纤维素的晶型和结晶度且其含量为 30% (wt%) 时， PHMG 接枝最佳。采用平板硫化工艺将PHMG-MCK与PBAT材料共混制得PHMG-MCK/PBAT复合薄膜，结果表明:PHMG-MCK/PBAT复合薄膜具有抗菌性能且对金色葡萄球菌效果较明显。除此之外，添加PHMG可以促进微晶纤维素与PBAT的相容性，提高PBAT复合薄膜的储能模量(E′)同时改善力学性能，其中 30P-MCK5/PBAT 复合薄膜 (PHMG 含量为 MCK 的30wt%，MCK含量为PBAT材料的5wt%) E′值为96.72 MPa，10P-MCK3/PBAT复合薄膜 的拉伸强度为 22.59 MPa ，分别较未改性PBAT 薄膜提高了 2.11倍和 1.37倍，但断裂伸长率稍有下降。PHMG的加入改善了改性复合薄膜的亲水性和水蒸气阻隔性能，其中 20P-MCK/PBAT 复合薄膜的水蒸气阻隔性能较 PBAT 提高了33.68%。PHMG的加入可以延长葡萄的保存时间，与PBAT薄膜包装相比，放置10天后，PHMG-MCK/PBAT系列复合薄膜包装的葡萄色泽鲜亮，果实饱满。除此之外，PHMG-MCK/PBAT复合材料在不 同 pH 缓 冲 溶 液 中 的 降 解 速 度 随 pH 的 变 化 为 ：pH=11gt;pH=9gt;pH=3gt;pH=5gt;pH=7，且都较未改性PBAT的快，但改性对土壤降解有一定的抑制作用。当PHMG含量不同时，降解速度呈先快后慢的规律，其中30P-MCC5/PBAT复合薄膜的降解最慢。 2.焦硅酸银@二氧化钛(AT)改性微晶纤维素，通过红外、紫外测试结果表明：AT与MCC存在相互作用且赋予了微晶纤维素对可见光和紫外光的吸收性能。将AT-MCC与PBAT共混制备接触抗菌复合薄膜，考察复合薄膜的力学，保鲜和降解性能随AT-MCC含量变化的规律。结果表明：随着AT-MCC含量的增加，PBAT复合薄膜的断裂特征变为脆性断裂，但其储能模量和力学性能明显提高，其中 50AT-MCC/PBAT复合薄膜的 E′值和拉伸强度分别为 102.59 MPa和24.87 MPa，较未改性PBAT提高了2.29倍和1.76倍，但其断裂伸长率稍有下降。除此之外，AT的加入改善了AT-MCC/PBAT复合薄膜的亲水性，提高了水蒸气阻隔性能、可见光吸收性能及抗菌性能。保鲜测试、pH降解和土壤降解测试结果表明：AT的加入可以改善PBAT薄膜对果蔬的保存效果，同时促进PBAT材料在不同pH下的降解，但延缓了复合薄膜在土壤中的降解速率。 3.采用多种方法制备了形貌不同的微晶纤维素并研究其对PBAT力学性能和土壤降解性能的影响。结果表明，酸法提取的MCF为大长径比的棒状结构，球磨法获得的SMCC为球状形貌结构，酸法提取的MCF较SMCC具有更高的结晶度。同时，MCF/PBAT复合薄膜保持韧性断裂特征，储能模量较 SMCC/PABT复合薄膜低，但MCF可以提高PBAT薄膜的力学性能和促进土壤降解。 综上，论文探究了以微晶纤维素为填料的PBAT复合材料的制备及各项性能，添加抗菌剂改性后的微晶纤维素制备的PBAT复合薄膜可以改善PBAT的力学性能，保鲜性能和降解性能。结果表明：复合型微晶纤维素抗菌剂比MCC/PBAT和PBAT薄膜的综合性能更好，其中有机抗菌剂PHMG所制备的PBAT复合薄膜综合性能最佳。除此之外，不同微晶纤维素形貌对PBAT的性能也有影响，结果表明棒状对PBAT的力学和降解性能提升更有帮助。
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