Preparation process optimization and characterization of chitosan/gellan gum bilayer films

doi:10.19491/j.issn.1001-9278.2022.11.003

Abstract

Abstract:

Chitosan/gellan gum bilayer films were prepared using a solution flow⁃casting method and a layer⁃by⁃layer self⁃assembly technology， their optimum preparation conditions were determined by single factor and response surface tests， and their microstructure， chemical structure， mechanical properties， optical properties， water resistance and oxidation resistance of the bilayer films were evaluated. The results indicated that the mass fractions of chitosan and gellan gum were determined to be 1.7 and 1.5 wt%， respectively， for the bilayer films. Moreover， the volume ratio of chitosan to gellan gum was 4/6， and the mass fraction of glycerol was 25 wt% in the bilayer films. Under these conditions， the bilayer films presented tensile strength of 38.83 MPa and moisture permeability of 750.76 g/（m²·d）. Compared to the single film， the bilayer films show a smooth surface and a compact cross section. Fourier⁃transform infrared spectroscopic results indicated that the bilayer films had good compatibility and their mechanical properties and water resistance were improved effectively compared to pure chitosan film and pure gellan gum film.

Key words: chitosan, gellan gum, bilayer film, layer?by?layer self?assembly, response surface optimization

CLC Number:

TQ320.72⁺1

YANG Xu, FANG Jian, QIN Min, YU Lei. Preparation process optimization and characterization of chitosan/gellan gum bilayer films[J]. China Plastics, 2022, 36(11): 14-23.

Figures/Tables 14

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水平	因素
水平	X₁/%	X₂/%	X₃/%
-1	1.50	1.00	25
0	1.75	1.25	30
1	2.00	1.50	35

水平	因素
水平	X₁/%	X₂/%	X₃/%
-1	1.50	1.00	25
0	1.75	1.25	30
1	2.00	1.50	35

试验编号	X₁/%	X₂/%	X₃/%	Y₁/MPa	Y₂/g·m^-2·d^-1
1	1.75	1.25	30	35.85	814.54
2	1.75	1.5	25	38.46	776.05
3	1.50	1.00	30	37.61	833.77
4	1.50	1.25	25	35.56	798.10
5	2.00	1.25	35	28.10	862.83
6	1.75	1.50	35	33.02	762.62
7	1.50	1.5	30	37.69	795.83
8	1.75	1.25	30	35.00	810.18
9	1.75	1.25	30	35.19	819.05
10	1.75	1.25	30	35.20	809.05
11	2.00	1.50	30	35.20	844.72
12	1.75	1.00	25	36.10	773.35
13	2.00	1.00	30	32.78	866.42
14	2.00	1.25	25	39.19	840.18
15	1.50	1.25	35	38.38	830.76
16	1.75	1.25	30	36.06	799.61
17	1.75	1.00	35	33.35	828.49

试验编号	X₁/%	X₂/%	X₃/%	Y₁/MPa	Y₂/g·m^-2·d^-1
1	1.75	1.25	30	35.85	814.54
2	1.75	1.5	25	38.46	776.05
3	1.50	1.00	30	37.61	833.77
4	1.50	1.25	25	35.56	798.10
5	2.00	1.25	35	28.10	862.83
6	1.75	1.50	35	33.02	762.62
7	1.50	1.5	30	37.69	795.83
8	1.75	1.25	30	35.00	810.18
9	1.75	1.25	30	35.19	819.05
10	1.75	1.25	30	35.20	809.05
11	2.00	1.50	30	35.20	844.72
12	1.75	1.00	25	36.10	773.35
13	2.00	1.00	30	32.78	866.42
14	2.00	1.25	25	39.19	840.18
15	1.50	1.25	35	38.38	830.76
16	1.75	1.25	30	36.06	799.61
17	1.75	1.00	35	33.35	828.49

来源	拉伸强度					透湿量
来源	平方和	自由度	均方	F值	P值^a	平方和	自由度	均方	F值	P值
模型	113.22	9	12.58	93.37	<0.000 1	13 944.12	9	1 549.35	44.87	<0.000 1
X₁	24.43	1	24.43	181.31	<0.000 1	3 029.92	1	3 029.92	87.74	<0.000 1
X₂	2.57	1	2.57	19.05	0.003 3	1 885.29	1	1 885.29	54.60	0.000 2
X₃	33.87	1	33.87	251.41	<0.000 1	1 176.61	1	1 176.61	34.07	0.000 6
X₁X₂	1.37	1	1.37	10.18	0.015 3	65.93	1	65.93	1.91	0.209 5
X₁X₃	48.34	1	48.34	358.79	<0.000 1	25.05	1	25.05	0.73	0.422 6
X₂X₃	1.82	1	1.82	13.49	0.007 9	1 175.46	1	1 175.46	34.04	0.000 6
X₁²	0.202 8	1	0.202 8	1.50	0.259 6	5 538.85	1	5 538.85	160.40	<0.000 1
X₂²	0.084 8	1	0.084 8	0.62	0.453 5	563.69	1	563.69	16.32	0.004 9
X₃²	0.573 5	1	0.573 5	4.26	0.078 0	800.46	1	800.46	23.18	0.001 9
残差	0.943 2	7	0.134 7	—	—	241.72	7	34.53	—	—
失拟项	0.085 7	3	0.028 6	0.133 3	0.935 2	31.50	3	10.50	0.199 8	0.891 6
纯误差	0.857 5	4	0.214 4	—	—	210.22	4	52.56	—	—
总离差	114.17	16	—	—	—	14 185.85	16	—	—	—
变化系数	1.04					0.720 5
决定系数	0.991 7					0.983 0
矫正决定系数	0.981 1					0.961 1
精密度	39.315 4					22.448 7