醋酸纤维素/TiO2复合膜的制备及性能研究

摘 要：用溶胶-凝胶法制备纳米TiO2，以纳米TiO2作为无机相添加剂，以醋酸纤维素（CA）作为成膜剂，乙酸甲酯为溶剂，使用流延法制备醋酸纤维素/TiO2复合膜。运用FT-IR、UV-Vis等方法对复合膜进行表征。结果表明，复合膜的热稳定性、耐碱性以及对紫外线的吸收均有所提高。在光照下，对E.coli的抗菌性有所提高。

关键词：复合膜；TiO2；制备；表征

中图分类号：TQ04 文献标识码：A

醋酸纤维素（CA） 是一种被广泛使用的膜材料，具有选择性高、价格便宜、成膜性能良好、透水量大、制膜工艺简单等优点[1]。利用生物相容性较好的CA 制备出的微滤膜和超滤膜，已被广泛用于血液过滤等诸多领域，但由于CA膜存在抗菌性、抗压性、力学性能较差等缺陷，在实际应用上存在较大的局限性。采用无机纳米粒子作为增强相， 使其均匀分散在有机主体相中，可以提高与基体的界面粘结，使应力更好地传递给无机粒子，提高复合膜的渗透性，同时增加膜的柔韧性和使用寿命[4]。具有广谱抗菌作用的纳米TiO2作为无机相，能大大提高复合膜的抑菌活性。研究证实了纳米粒子作为无机相添加到复合材料中，能起到增强增韧作用，因此，预测TiO2纳米粒子作为CA膜的填料，与CA表面上的羟基之间的作用，将能增强CA膜的力学性能。本实验利用溶胶-凝胶法和流延法制备醋酸纤维素/ TiO2复合膜，运用FT-IR、UV-Vis等方法对复合膜进行表征。

1 实验部分

2 结果与讨论

2.1 薄膜的FT-IR光谱分析

醋酸纤维素膜和醋酸纤维素/TiO2复合膜的红外光谱基本没发生什么变化，在750nm左右出现一个Ti-O键的弱峰，说明纳米TiO2粒子的加入只起到了物理共混的作用，并未有其他化学组分发生较大的化学反应，只是单纯作为一种无机添加剂存在于醋酸纤维素的有机体系中[6]。复合膜正反面测试结果表明复合膜的正反面基本相同，说明该方法制备的复合膜为单层膜。

2.2 薄膜的腐蚀性测试

2.3 薄膜的热稳定性测试

在不同温度下对样品膜进行热稳定性的测试，膜质量随温度的损失百分比折线图1。

醋酸纤维素膜的热分解涉及到物理变化和化学变化，由图1可知，醋酸纤维素膜随着温度的升高质量在下降。随着温度的升高，分子间的氢键强度减弱，氢键数目减少，热稳定性下降。醋酸纤维素/TiO2复合膜的热稳定性较纯的醋酸纤维素膜有所提高，原因是TiO2自身具有良好的热稳定性和TiO2与醋酸纤维素之间具有强的作用力，但提高不大。在100℃时，质量损失相对较小， 原因是分子间和分子内的氢键受到温度以及分子热运动的影响。在150℃-200℃之间质量损失相对较大，可能是有机物的热分解（分子间或分子内脱水等）引起的。在200℃时醋酸纤维素膜和复合膜出现软化、颜色有烧焦的迹象，250℃时颜色发生变化，有烧焦的现象。

2.4 薄膜的UV-Vis光谱分析

2.5 抗菌性测试

结语

采用溶胶-凝胶法制备纳米TiO2和流延法制备出的醋酸纤维素/TiO2复合膜，醋酸纤维素与TiO2之间产生了氢键以及某种相互作用力，添加TiO2不同体积分数时，复合膜的热稳定性和耐碱性均有所增强。在具有很强杀伤力的UV-波长段内（350-400nm），吸光率可增加22%-44%，延长酸纤维素/TiO2复合膜的使用寿命。在光照下，复合膜较纯膜对E.co li的抗菌性显著提高。当TiO2为6%时，成活率以降低在51.4%，抗菌率达到48.6%。醋酸纤维素/TiO2复合膜将会成为极具希望的光催化抗菌膜材料。

参考文献

[1]徐铜文.膜化学与技术教程[M].合肥：中国科学技术大学出版社，2003.

[2]Cantor，P·A.，etal. OSW，1967.

[3]Kaup，R·E·C. Chem.Eng， 1973.

[4]宋东升，杜启云，王薇.有机-无机杂化膜的研究进展[J].高分子通报，2010，（3）：12-15.

[5]林华香，陈旬，林志聪，等.TiO2溶胶的制备和后处理条件对镀膜玻璃表面亲水性的影响[J].福州大学学报，2002，30（6）：371-374.

[6]王云，李乃旭，程玲，等.纳米二氧化硅粒子对醋酸纤维素超滤膜结构的影响[J].精细石油化工进展，2011，12（3）：35-37.

[7]黎霞，魏杰，李玉宝.二氧化钛/磷灰石纳米抗菌复合材料的研究[J].功能材料，2004，35（1）：119-121.