羧甲基壳聚糖季铵盐/蒙脱土/银纳米复合的新型纸张抗菌材料结构组装与抗菌机理研究

本研究将利用天然高分子载体结构和层状硅酸盐的纳米层载体结构的优势，构建具有网络空间结构的新型羧甲基壳聚糖季铵盐/蒙脱土（QCMT）纳米复合材料作为纳米银的生长模板，微波辐射条件下"绿色化"和"环保化"制备载银QCMT纳米复合材料。该材料能协同三者的优势，将在抗菌纸中具有广阔的应用前景。本研究通过调控羧甲基壳聚糖季铵盐的分子参数、蒙脱土的结构因子和纳米银的形态大小，将分别探讨 QCMT纳米复合材料的插层机理、阐明纳米银在QCMT纳米复合载体中的生长规律、确定影响QCMT纳米复合材料及载银QCMT纳米复合材料的抗菌性能和助留助滤性能的主导因素，揭示其抗菌机理,为抗菌剂留着率高、抗菌性能好的纸张研究奠定理论基础。本项目利用有机/无机杂化材料的结构特点为金属纳米颗粒的制备提供可行性的科学依据，也为造纸行业的助剂研发提供新的思路和方法，具有重要的理论价值和实践指导意义。

随着人们生活水平的提高，高效、安全、环保和多功能抗菌纸的研究开发显得尤为重要，而寻求适合造纸工业的抗菌剂是抗菌纸研究中的关键问题之一。本项目利用天然高分子载体结构和层状硅酸盐的纳米层载体结构的优势，构建了具有网络空间结构的壳聚糖基层状硅酸盐（CLS）纳米复合材料作为纳米银的生长模板，微波辐射条件下制备了载银CLS纳米复合材料，该材料能协同三者的优势，是一种新型高效安全的纸张抗菌剂。. 本研究首先采用微波辐射法快速制备水溶性壳聚糖衍生物（壳聚糖季铵盐和羧甲基壳聚糖季铵盐）、有机蒙脱土及相应的壳聚糖基层状硅酸盐（CLS）纳米复合材料，系统地探讨了分子参数对纳米复合材料结构与性能的影响。结果表明，羧甲基壳聚糖季铵盐与层状硅酸盐插层复合时，纳米复合材料的层间距随季铵基取代度的增加而增加，随羧甲基取代度的增加而先升后降；当羧甲基和季铵基的取代度均较高时，容易得到剥离型壳聚糖基层状硅酸盐纳米复合材料。. 然后采用微波辐射法以羧甲基壳聚糖季铵盐为还原剂和稳定剂，以层状硅酸盐为生长模板，一步法制备出分散性好、粒径均一的纳米银颗粒，同时获得载银剥离型CLS纳米复合材料，其组装机制为羧甲基壳聚糖季铵盐上的羧甲基和季铵基均具有还原能力，将Ag+还原为纳米银的同时获得的巨大能量，使得其能进入层状硅酸盐层间并将片层剥离，另外，层状硅酸盐和表面活性剂能促进纳米银的生成，但不参与化学还原反应。该载银剥离型CLS纳米复合材料具有优异的抗菌能力，其最低抑菌浓度只有0.00001%（wt.），符合吸附-接触的抗菌机制，另外，CLS纳米复合材料表现出较好的絮凝性能，其助留用量仅是阳离子淀粉等传统絮凝剂用量的1/1000。. 最后，本项目以载银剥离型羧甲基壳聚糖季铵盐/有机蒙脱土纳米复合材料作为抗菌剂，采用浆内施胶和表面施胶法制备抗菌纸，研究表明，所有抗菌纸均具有较好的抑菌能力，且抗菌纸的抗张强度、撕裂度、耐破度，厚度和粗糙度与原纸相比都增加。. 本项目利用有机/无机杂化材料的结构特点为金属纳米颗粒的制备提供可行性的科学依据，也为造纸行业的助剂研发提供了新的思路和方法，具有重要的理论价值和实践指导意义。