UV固化制备聚（L⁃乳酸）/壳聚糖薄膜及其热学、力学及抑菌性能研究

doi:10.19491/j.issn.1001-9278.2023.08.006

中国塑料 ›› 2023, Vol. 37 ›› Issue (8): 38-44.DOI: 10.19491/j.issn.1001-9278.2023.08.006

UV固化制备聚（L⁃乳酸）/壳聚糖薄膜及其热学、力学及抑菌性能研究

杜乐, 胡娅洁, 胡健, 孙滔, 云雪艳, 董同力嘎()

内蒙古农业大学食品科学与工程学院，呼和浩特 010018

收稿日期:2023-06-02 出版日期:2023-08-26 发布日期:2023-08-21
通讯作者: 董同力嘎（1972—），男，教授，从事高分子材料、食品安全控制技术研究，dongtlg@imau.edu.cn
E-mail:dongtlg@imau.edu.cn
基金资助:
国家自然科学基金项目(21965026);内蒙古自治区科技计划项目(2021G337);内蒙古自治区青年科技人才发展项目（创新团队）(NMGIRT2310)

Preparation of poly （L⁃lactic acid）/chitosan films through UV curing and their thermal， mechanical and antibacterial properties

DU Le, HU Yajie, HU Jian, SUN Tao, YUN Xueyan, DONG Tungalag()

College of Food Science and Engineering，Inner Mongolia Agriculture University，Hohhot 010018，China

Received:2023-06-02 Online:2023-08-26 Published:2023-08-21
Contact: DONG Tungalag E-mail:dongtlg@imau.edu.cn

摘要/Abstract

摘要：

首先合成低分子量聚（L⁃乳酸）（PLLA）和聚（衣康酸⁃co⁃丁二醇）（PBI），然后将其共混进行缩聚反应得到高分子量聚（L⁃乳酸⁃co⁃衣康酸⁃co⁃丁二醇）共聚物（PLBI）；其次将壳聚糖（Cs）与甲基丙烯缩水甘油酯（GMA）进行接枝反应，得到带有双键基团的壳聚糖共聚物（Cs⁃g⁃GMA）；最后将Cs⁃g⁃GMA涂覆PLBI薄膜通过UV照射进行层合得到界面由共价键结合的PLBI/Cs⁃g⁃GMA抑菌薄膜。核磁分析结果证明PLBI和Cs⁃g⁃GMA共聚物成功合成；PLBI/Cs⁃g⁃GMA薄膜的红外分析结果表明PLBI薄膜与Cs⁃g⁃GMA成功接枝；力学性能测试结果表明PLBI薄膜力学性能显著提升，断裂伸长率可达214.3 %；PLBI/Cs⁃g⁃GMA薄膜因支链化严重导致出现力学性能下降的趋势；亲水性测试结果显示PLBI/Cs⁃g⁃GMA薄膜亲水性增强、细胞相容性较好；PLBI/Cs⁃g⁃GMA薄膜对大肠杆菌表现出良好的抑菌效果，抑菌率最高可达83.4 %。

关键词: 聚乳酸, 壳聚糖, 紫外光接枝, 力学性能, 抑菌

Abstract:

A low molecular⁃weight poly（L⁃lactic acid）（PLLA） and poly（icconic acid⁃co⁃butanediol）（PBI） were first synthesized， and the resulting two copolymers were mixed to obtain high molecular weight poly （L⁃lactic acid co⁃icconic acid⁃co⁃butanediol）（PLBI） through a polycondensation reaction. Then， chitosan （Cs） was grafted with glycidyl methacrylate （GMA） to obtain a GMA⁃grafted chitosan copolymer （Cs⁃g⁃GMA） with double bond groups. Finally， the resulting Cs⁃g⁃GMA and PLBI films were laminated through UV curing to obtain a PLBI/Cs⁃g⁃GMA bacteriostatic film with covalent bonds at the interface. NMR analysis indicated that PLBI and Cs⁃g⁃GMA copolymers were successfully prepared. The infrared spectroscopic analysis of the PLBI/Cs⁃g⁃GMA film demonstrated that Cs⁃g⁃GMA_{was successfully grated into the PLBI film. Mechanical test results indicated that the mechanical properties of PLBI film were significantly improved， and its elongation at break reached 214.3 %. Hydrophilic test results indicated that the hydrophilicity of the PLBI/Cs⁃g⁃GMA film was enhanced together with good cytocompatibility. The PLBI/Cs⁃g⁃GMA film exhibited a good antibacterial effect on escherichia coli with an antibacterial rate as high as 83.4 %.}

Key words: poly（lactic acid）, chitosan, UV irradiation, mechanical property, bacteriostasis

中图分类号:

TQ321

杜乐, 胡娅洁, 胡健, 孙滔, 云雪艳, 董同力嘎. UV固化制备聚（L⁃乳酸）/壳聚糖薄膜及其热学、力学及抑菌性能研究[J]. 中国塑料, 2023, 37(8): 38-44.

DU Le, HU Yajie, HU Jian, SUN Tao, YUN Xueyan, DONG Tungalag. Preparation of poly （L⁃lactic acid）/chitosan films through UV curing and their thermal， mechanical and antibacterial properties[J]. China Plastics, 2023, 37(8): 38-44.

图/表 9

图1 PLBI共聚物的1H⁃NMR谱图

Fig.1 1H⁃NMR spectrum of PLBI copolymer

图2 Cs⁃g⁃GMA共聚物的1H⁃NMR谱图

Fig.2 1H⁃NMR spectrum of Cs⁃g⁃GMA copolymer

图3 PLBI和PLBI/Cs⁃g⁃GMA薄膜的FTIR谱图

Fig.3 FTIR spectra of PLBI and PLBI/Cs⁃g⁃GMA films

图4 薄膜的MDSC曲线

Fig.4 MDSC curves of the films

样品	T_g/ ℃	T_cc/ ℃	ΔH_cc/ J·g^-1	T_m/ ℃	△H_m/ J·g^-1	X_c/ %
PLBI	23.4	68.3	16.1	135.1	20.8	5.0
Cs⁃g⁃GMA	—	—	—	—	—	—
PLBI/Cs⁃g⁃GMA_0.4	23.2	66.4	16.4	134.5	21.5	5.4
PLBI/Cs⁃g⁃GMA_0.6	23.8	65.8	12.3	130.7	19.4	7.6
PLBI/Cs⁃g⁃GMA_0.8	23.7	65.3	12.4	130.1	20.5	8.7
PLBI/Cs⁃g⁃GMA_1.0	23.6	65.0	9.1	131.2	23.7	15.6

表1 PLBI和PLBI/Cs⁃g⁃GMA薄膜的热性能

Tab.1 Thermal properties of PLBI and PLBI/Cs⁃g⁃GMA films

样品	厚度/μm	屈服强度/ MPa	断裂伸长率/%	弹性模量/ MPa
PLBI	48.0±0.8	6.1±0.3	214±13.8	197±2.0
PLBI/Cs⁃g⁃GMA_0.4	50.6±0.5	3.1±0.1	212±21.2	89±2.6
PLBI/Cs⁃g⁃GMA_0.6	50.2±1.4	2.1±0.6	114±12.6	92±7.1
PLBI/Cs⁃g⁃GMA_0.8	49.8±1.3	4.3±0.5	75±8.9	108±10.9
PLBI/Cs⁃g⁃GMA_1.0	50.2±1.1	5.9±1.3	67±2.9	140±11.2

表2 PLBI/Cs⁃g⁃GMA薄膜的力学性能

Tab.2 Mechanical properties of PLBI/Cs⁃g⁃GMAfilms

图5 薄膜拉伸断面的SEM照片

Fig.5 SEM images of tensile sections of the films

组别	水接触角/（°）	图像
PLBI	71.6±2.1
PLBI/Cs⁃g⁃GMA_0.4	46.6±1.2
PLBI/Cs⁃g⁃GMA_0.6	45.2±0.8
PLBI/Cs⁃g⁃GMA_0.8	44.6±1.0
PLBI/Cs⁃g⁃GMA_1.0	40.7±1.9

表3 PLBI和PLBI/Cs⁃g⁃GMA薄膜的水接触角

Tab.3 Water contact angle of PLBI and PLBI/Cs⁃g⁃GMA films

图6 PLBI和PLBI/Cs⁃g⁃GMA薄膜对大肠杆菌的抑菌效果

Fig.6 Bacteriostatic effect of PLBI and PLBI/Cs⁃g⁃GMA films on escherichia coli

参考文献 29

1	Shi J， Zhang J， Zhang Y， et al. Crystallinity dependence of PLLA hydrophilic modification during alkali hydrolysis［J］. Polymers， 2022， 15（1）： 75.
2	Elsawy M A， Kim K H， Park J W， et al. Hydrolytic degradation of polylactic acid （PLA） and its composites［J］. Renewable and Sustainable Energy Reviews， 2017， 79： 1 346⁃1 352.
3	Mustafa Abu Ghalia， Dahman Yaser. Investigating the effect of multi⁃functional chain extenders on PLA/PEG copolymer properties［J］. International Journal of Biological Macromolecules，2017，95：494⁃504.
4	Kaliva M， Georgopoulou A， Dragatogiannis D A， et al. Biodegradable chitosan⁃graft⁃poly（L⁃lactide） copolymers for bone tissue engineering［J］. Polymers， 2020， 12（2）： 316.
5	Rodrigues C， Mello J M M D， Dalcanton F，et al. Mechanical， thermal and antimicrobial properties of chitosan⁃based⁃nanocomposite with potential applications for food packaging［J］.Journal of Polymers and the Environment， 2020， 28（4）：1 216⁃1 236.
6	Fathima P E， Panda S K， Ashraf P M， et al. Polylactic acid/chitosan films for packaging of Indian white prawn （Fenneropenaeus indicus）［J］. International Journal of Biological Macromolecules， 2018， 117： 1002⁃1010.
7	Wu Y， Ma Y， Gao Y， et al. Poly （lactic acid）⁃based pH responsive membrane combined with chitosan and alizarin for food packaging［J］. International Journal of Biological Macromolecules， 2022， 214： 348⁃359.
8	Hosseini S F， Kaveh F， Schmid M. Facile fabrication of transparent high⁃barrier poly （lactic acid）⁃based bilayer films with antioxidant/antimicrobial performances［J］. Food Chemistry， 2022， 384： 132540.
9	Wei Q， Wang G， Lei M， et al. Multi⁃scale investigation on the phase miscibility of polylactic acid/o⁃carboxymethyl chitosan blends［J］. Polymer， 2019， 176： 159⁃167.
10	Lednev I， Salomatina E， Ilyina S， et al. Development of biodegradable polymer blends based on chitosan and polylactide and study of their properties［J］. Materials， 2021， 14（17）： 4900.
11	Quiroz‐Castillo J M， Rodríguez‐Félix D E， Romero‐García J， et al. Extrusion of polypropylene/chitosan/poly （lactic‐acid） films： Chemical， mechanical， and thermal properties［J］. Journal of Applied Polymer Science， 2021， 138（7）： 49850.
12	于洋. 生物基脂肪族共聚酯合成、共结晶与性能研究［D］. 大连：大连理工大学，2019.
13	Czerner M， Prudente M， Martucci J F， et al. Mechanical behavior of cold⁃water fish gelatin gels crosslinked with 1， 4 ‐butanediol diglycidyl ether［J］. Journal of Applied Polymer Science， 2020， 137： 48985.
14	Llanes L C， Clasen S H， Pires A T N， et al. Mechanical and thermal properties of poly（lactic acid） plasticized with dibutyl maleate and fumarate isomers： Promising alternatives as biodegradable plasticizers［J］. European Polymer Journal， 2021， 142： 110112.
15	刘博，胡健，白佳鑫，等.具有柔性的结晶性聚（L⁃乳酸）/聚衣康酸丁二醇酯共混薄膜的制备及力学和热学性能［J］.高分子材料科学与工程，2022，38（6）：63⁃70.
	LIU B， HU J， BAI J X， et al. Preparation and mechanical and thermal properties of flexible crystalline poly（l⁃lactic acid） /polyitaconic acid butanediol blend films［J］. Polymer Materials Science & Engineering，2022，38（6）：63⁃70.
16	Uspenskii S A， Zelenetskii A N. Reaction of glycidyl methacrylate and chitosan in aqueous solutions［J］. Fibre Chemistry， 2019， 51（4）： 220⁃222.
17	Zarate⁃Triviño D G， Pool H， Vergara⁃Castañeda H， et al. （Chitosan⁃g⁃glycidyl methacrylate）⁃collagen II scaffold for cartilage regeneration［J］. International Journal of Polymeric Materials and Polymeric Biomaterials， 2020， 69（16）： 1 043⁃1 053.
18	Yun X， Li X， Jin Y，et al.Fast crystallization and toughening of poly （l⁃lactic acid） by incorporating with poly （ethylene glycol） as a middle block chain［J］.Polymer Science， Series A，2018，60（2）：141⁃155.
19	李鹏，飞江，龙黄，等.紫外光阻隔型低分子量聚乳酸的合成及结构性质研究［J］.高分子学报，2023，54（2）：206⁃216.
	LI P， FEI J， LONG H， et al. Synthesis and structural properties of UV⁃blocking low molecular weight polylactide［J］. Acta Polymerica Sinica， 2023，54（2）：206⁃216.
20	Mehtiö T， Anghelescu‐Hakala A， Hartman J， et al. Crosslinkable poly （lactic acid）‐based materials： Biomass‐derived solution for barrier coatings［J］. Journal of Applied Polymer Science， 2017， 134（1）：44326.
21	Rämö V， Anghelescu⁃Hakala A， Nurmi L， et al. Preparation of aqueous crosslinked dispersions of functionalized poly（D， L⁃lactic acid） with a thermomechanical method［J］. European Polymer Journal， 2012， 48（8）： 1 495⁃1 503.
22	Wei L W， Agarwal U P， Matuana L， et al. Performance of high lignin content cellulose nanocrystals in poly （lactic acid）［J］. Polymer， 2018， 135： 305⁃313.
23	Yi J， Li Y， Zhao Y， et al. Development of a series of biobased poly（ethylene 2， 5⁃furandicarboxylate⁃co⁃（5， 5’⁃（（phenethylazanediyl） bis （methylene）） bis （furan-5， 2⁃diyl）） dimethylene 2， 5⁃furandicarboxylate） copolymers via a sustainable and mild route： promising “breathing” food packaging materials［J］. Green Chemistry， 2022， 24（13）： 5 181⁃5 190.
24	Ciulik C B， Bernardinelli O D， De Azevedo E R， et al. Chitosan and oligo （DL⁃lactic acid） networks： Correlations between physical properties and macromolecular configuration［J］. Polymer， 2016， 93： 115⁃122.
25	郝贠洪，宣姣羽，马思晗等.区域特殊环境对钢结构涂层基本力学性能影响［J］.建筑材料学报，2021，24（4）：794⁃799.
	HAO Y H， XUAN J Y， MA S H， et al. Inffluene of regional special environment on the basic mechanical properties of steel structure coating［J］. Journal of Building Materials，2021，24（4）：794⁃799.
26	祝振鑫.膜材料的亲水性、膜表面对水的湿润性和水接触角的关系［J］.膜科学与技术，2014，34（2）：1⁃4.
	ZHU Z X.Hydrophilicity，wettability and contact angle［J］.Membrance Science and Technology，2014，34（2）：1⁃4.
27	Linghu C， Xie L， Yang L， et al. Preparation and characterization of maleic anhydride‐based double‐monomer grafted polylactic acid compatibilizer［J］. Journal of Applied Polymer Science， 2022， 139（22）： 52234.
28	Stoleru E， Vasile C， Irimia A， et al. Towards a bioactive food packaging： Poly （lactic acid） surface functionalized by chitosan coating embedding clove and argan oils［J］. Molecules， 2021， 26（15）： 4500.
29	Nasution H， Olaiya N G， Haafiz M K M， et al. The role of amphiphilic chitosan in hybrid nanocellulose–reinforced polylactic acid biocomposite［J］. Polymers for Advanced Technologies， 2021， 32（9）： 3 446⁃3 457.

[1]	王磊, 赵敏, 翁云宣, 张彩丽. 机器学习在聚乳酸加工及性能预测中的应用研究进展[J]. 中国塑料, 2023, 37(8): 127-134.
[2]	李红波, 杨睿, 苏正涛. 不同硬质增强填料对PTFE性能的影响[J]. 中国塑料, 2023, 37(8): 13-19.
[3]	赵萌萌, 杨红娟, 沈思宇, 冯硕, 张伟蒙, 胡晶. 聚乙二醇二缩水甘油醚对PLA/PBAT共混材料相容性及性能的影响[J]. 中国塑料, 2023, 37(8): 20-27.
[4]	周龙, 杜国勇, 邓春萍. 超亲水⁃水下超疏油聚氨酯海绵的制备及其油水分离性能研究[J]. 中国塑料, 2023, 37(8): 28-37.
[5]	陈豪吴志强姜启运沈春晖高山俊. 聚乳酸/聚己二酸对苯二甲酸丁二醇酯共混发泡材料的制备及性能研究[J]. , 2023, 37(7): 1-8.
[6]	廉萌童发钦赵飞刘军杨永启郑凤. 玻璃粉复合聚酰亚胺薄膜的制备及性能研究[J]. , 2023, 37(7): 47-52.
[7]	吴加俊曾佳刘缓缓朱民倪忠斌施冬健陈明清. 釜式发泡制备氢化苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯/聚丙烯发泡珠粒及其性能研究[J]. , 2023, 37(6): 43-49.
[8]	郑兴博李佳汶李子辉韩文娟蒋晶王小峰李倩. 氮化硼改性超高分子量聚乙烯的摩擦学性能研究[J]. , 2023, 37(5): 28-33.
[9]	于盛睿刘钦迪徐磊骆杰吴辉庭韩文邹佳勇周华民. 双面覆膜与纤维含量对MIM/IMD工艺翘曲变形及力学性能的影响[J]. , 2023, 37(5): 55-61.
[10]	顾建国孙建凯侯培培何浩焦文亮. 双轴取向聚氯乙烯管材解取向研究[J]. , 2023, 37(4): 35-38.
[11]	韩阳阳杨晓炯张贵恩董春雨张小刚. 导电橡胶力学性能和耐高温性能研究[J]. , 2023, 37(3): 24-29.
[12]	董竞辉, 桑晓明, 陈祯, 尹伟浩, 姜骞, 陈兴刚. 短切碳纤维对聚苯腈/碳纤维复合材料性能的影响[J]. 中国塑料, 2023, 37(2): 31-37.
[13]	汪杰, 张伟蒙, 胡晶. 聚乳酸⁃羟基乙酸共聚物涂层对聚乳酸3D打印支架的性能影响[J]. 中国塑料, 2023, 37(1): 1-7.
[14]	段凯歌, 朱辉, 倪佳, 泮豪, 周朝锡, 陈小蝶, 梅振威, 于东明. 热塑性交联聚乙烯（TPEXa）管材的制备及性能研究[J]. 中国塑料, 2023, 37(1): 8-12.
[15]	李毅, 樊桂琪, 吴天宇, 叶海木. 石墨微片对聚三氟氯乙烯结晶及性能的影响[J]. 中国塑料, 2023, 37(1): 18-25.

UV固化制备聚（L⁃乳酸）/壳聚糖薄膜及其热学、力学及抑菌性能研究

Preparation of poly （L⁃lactic acid）/chitosan films through UV curing and their thermal， mechanical and antibacterial properties

RichHTML

PDF

可视化

摘要/Abstract

引用本文

使用本文

图/表 9

参考文献 29

相关文章 15

编辑推荐

Metrics

本文评价