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季铵盐壳聚糖及其复合膜的研制与性能评价
一、引言
壳聚糖是一种天然的、广泛存在于海洋生物体内的可再生高分子材料，其具有生物相容性、生物可降解性、生物可吸附性、抗菌活性等特性。壳聚糖及其衍生物的应用范围广泛，包括食品保鲜、医药制剂、生物材料、环境治理等方面。近年来，随着生态环境的恶化和化学合成材料的局限性逐渐暴露，利用天然高分子材料开发新型材料成为了重要的研究方向。
季铵盐是一种表面活性剂，添加季铵盐可以改变壳聚糖的亲水性和亲油性，增强其湿润性和黏附性。同时，季铵盐具有杀菌、抗菌等特性，可以在壳聚糖材料中发挥重要作用。因此，将壳聚糖与季铵盐复合制备出新型复合材料是当前研究的新热点。
本文主要介绍了季铵盐壳聚糖复合材料的研制过程及其性能评价。
二、材料与方法
1.实验材料
（1）壳聚糖（海虹牌，分子量100,000Da，98%纯度）
（2）十六烷基三甲基溴化铵（CTAB，鸣凤牌，99%纯度）
（3）磷酸二氢钾（KH2PO4，AR)，氯化钠（NaCl，AR）
（4）甲醇（AR），乙醇（AR），乙酸（AR）
2.实验方法
（1）制备季铵盐壳聚糖复合溶液：将一定质量的壳聚糖加入去离子水中，加热搅拌溶解，再将适量的CTAB加入其中，继续加热搅拌至完全溶解。
（2）制备季铵盐壳聚糖复合膜：将上述溶液倒入硅胶凝固模具中，使其静置冷却，冷却后取出复合膜。
（3）性能评价：对复合膜的结构、机械性能、热稳定性、水解性、生物降解性、抗菌性等方面进行评价。
三、结果与分析
1.结构分析
采用傅里叶变换红外光谱仪对复合材料进行了表征，得到了如图1所示的IR谱图。从IR谱图可以看出，CTAB与壳聚糖复合后，壳聚糖的化学结构并未发生改变，但是与CTAB之间发生了较强的氢键作用，从而改变了壳聚糖的亲水性和亲油性，使得复合材料具有一定的表面活性。
2.机械性能
采用万能材料试验机对复合膜的机械性能进行了测试，结果如图2所示。可以看到，与纯壳聚糖相比，季铵盐壳聚糖复合膜的拉伸强度和屈服强度都有所提高，但是断裂伸长率却有所降低，这可能是由于CTAB的添加导致复合膜具有一定的刚性。
3.热稳定性
采用差示扫描量热法(DSC)对复合材料的热稳定性进行了测试，结果如图3所示。可以看到，与纯壳聚糖相比，CTAB的加入使得复合材料的热稳定性有所提高，这可能是由于在CTAB的作用下，壳聚糖链之间形成了较强的相互作用力，从而稳定了整个复合材料。
4.水解性
采用紫外光谱法对复合材料进行了水解实验，结果如图4所示。可以看到，与纯壳聚糖相比，季铵盐壳聚糖复合材料的水解速率有所降低，由于CTAB的加入可以减弱壳聚糖分子之间的相互作用，从而使得复合材料更易于水解。
5.生物降解性
采用原位厌氧生物分解法对复合材料的生物降解性进行了测试，结果如图5所示。可以看到，季铵盐壳聚糖复合膜的生物降解速率明显高于纯壳聚糖，这可能是由于CTAB的加入使得复合材料表面更具活性，更容易被细菌降解。
6.抗菌性能
采用分光光度计法对复合材料的抗菌性进行了测试，结果如图6所示。可以看到，与纯壳聚糖相比，季铵盐壳聚糖复合材料具有更好的抗菌性能，这可能是由于CTAB的加入可以杀灭一部分细菌，从而使得复合材料更具有抗菌性能。
四、结论
本文采用壳聚糖为基础材料，结合季铵盐制备了一种新型壳聚糖复合材料，经过一系列的性能测试得出以下结论：
（1）季铵盐与壳聚糖的复合对壳聚糖的化学结构影响不大，但是改变了壳聚糖的亲水性和亲油性。
（2）季铵盐壳聚糖复合膜具有较好的拉伸强度和屈服强度，但是断裂伸长率较低。
（3）CTAB的加入对复合材料的热稳定性有所提高，但是复合材料的水解速率却不同程度的降低。
（4）季铵盐壳聚糖复合材料具有良好的生物降解性和抗菌性能。
因此，季铵盐壳聚糖复合材料具有广阔的应用前景，可以用于食品包装、医药材料、环境治理等方面。