基于天然甲壳纲生物壳体组成成分与多层级排列结构的仿生启示,以可再生生物质甲壳素(CT)、丝素蛋白(SF)、纤维素纳米晶(CNC)和无机纳米碳酸钙(CaCO3)为4种主要原料,采用溶液蒸发诱导自组装和流延法制备具有"三明治"结构的CT/SF/CNC/CaCO3仿生复合膜,通过扫描电镜、紫外?可见光吸收光谱、傅里叶变换红外光谱、X射线衍射仪、热重分析仪和万能力学试验机等分析手段对复合膜的微观形貌、透明性、化学基团、结晶性、热稳定性和力学性能分别进行分析表征.结果表明:不同条件下制备的CT/SF/CNC/CaCO3仿生复合膜以及将4个复合组元直接混合制备所得的复合膜中均未出现CNC彩虹色区域.复合膜的透过率随纳米碳酸钙质量分数的升高而降低,且增加基体层或者CNC层的厚度会进一步降低复合膜的透明度,四组元直接混合后制备的复合膜透明性较低,且脆性大.纳米碳酸钙的存在影响了丝素蛋白与甲壳素间的结合作用."三明治"结构的形成以及CNC、纳米碳酸钙的引入可协同提升复合膜的热稳定性能和力学性能,但过多或过少的纳米碳酸钙均不利于复合膜强度和韧性的提升.质量分数0.10％的纳米碳酸钙且2倍CNC厚度的CT/SF/CNC/CaCO3仿生复合膜具有优异的综合力学和热稳定性能,其拉伸强度和断裂伸长率分别为13.4 MPa和141％,且第2热降解阶段的最大热降解温度提升10.5℃.

纤维素纳米晶;甲壳素;丝素蛋白;纳米碳酸钙;仿生

吴佳喜;张钰禄;解林坤;柴希娟;秦永剑;杜官本;徐开蒙

西南林业大学材料科学与工程学院,林业生物质资源高效利用技术国家地方联合工程研究中心,科技部生物质材料国际联合研究中心,昆明650224

林业工程学报

[1]吴佳喜;张钰禄;解林坤;柴希娟;秦永剑;杜官本;徐开蒙-.CT/SF/CNC/CaCO3仿生复合膜制备及其特性)[J].林业工程学报,2022(03):120-126

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