卡拉膠膜的阻燃性研究

摘要實驗制得純卡拉膠膜(A)和用BaCl2溶液浸泡的膜(B)，掃描電鏡顯示膜A表面光滑，膜B表面粗糙，布滿顆粒狀物質;燃燒實驗表明兩種膜均不燃燒，但膜B的發煙量明顯比膜A少;掃描電鏡觀察膜的燃燒灰分，發現膜B的灰分比膜A的更致密，其灰分中Ba2+含量很高，推測膜B中Ba2+與卡拉膠發生絡合，且對其阻燃性有一定的效果。

關鍵詞卡拉膠 卡拉膠膜 Ba2+ 阻燃

中圖分類號:TQ2文獻標識碼:A

卡拉膠是某些紅藻類的細胞壁多糖，是世界三大海藻膠工業產品(瓊膠、卡拉膠、褐藻膠) 之一。①含有卡拉膠的海藻，主要有紅藻中的角叉屬(Chondrus)、杉藻屬(Gigartina)、麒麟菜屬(Eucheuma)、沙菜屬(Hypnea)等。

卡拉膠是由硫酸基化或非硫酸基化的半乳糖和3，6-脫水半乳糖通過α-1，3-糖苷鍵和β-1，4糖苷鍵交替連接而成線形多糖化合物。②根據硫酸基含量的不同，卡拉膠可以分為幾種不同的類型，市場上已經商業化生產的卡拉膠主要有κ-型、ι-型、λ-型三種。其中κ-卡拉膠和ι-卡拉膠可以形成熱可逆凝膠，λ-卡拉膠不能形成凝膠。

長期以來，人們對卡拉膠的研究，主要集中在對其提取、③化學結構、④凝膠結構、⑤凝膠化機理⑥及金屬離子促凝膠化作用⑦等研究上，因為卡拉膠具有優良的熱可逆凝膠化、抗蛋白凝結、親水無毒等獨特性能，在食品、化工和包裝等方面應用廣泛。⑧本實驗對卡拉膠膜的燃燒性能做了研究，結果發現卡拉膠膜具有很好的阻燃性能，為其用作阻燃材料奠定了基礎。

1 實驗方法

1.1 卡拉膠膜的制備

將一定量的卡拉膠加入適量水中，在90℃的水浴中加熱，并不斷攪拌直至卡拉膠完全溶解，制備含量為4%(質量百分比)的卡拉膠溶液。停止攪拌，在90℃的水浴中靜置一段時間，去除溶液中的氣泡。分別取相同量的卡拉膠溶液倒入兩個大小相同的表面皿中，靜置一段時間，得到兩張厚薄均勻的膜。將其中一張卡拉膠膜直接晾干，得到膜A;另一張用7%(質量百分比)的氯化鋇溶液浸泡48小時，待Ba2+與膜完全反應后，將膜取出并沖洗干凈、晾干，得到膜B。

1.2 膜點燃實驗

將膜剪成條狀，用酒精燈灼燒，觀察其燃燒性能。

1.3 掃描電鏡觀察膜及其燃燒后的殘留物

取膜A、膜B及其燃燒后的殘留物，用掃描電鏡觀察其表面形貌。

2 結果與討論

2.1 卡拉膠膜的基本性狀

未用BaCl2溶液浸泡的膜(A)，厚薄均勻、無色、透明，干燥后的膜直徑沒有太大變化。用BaCl2溶液浸泡的膜(B)，厚薄較均勻、白色、不透明，干燥后膜的直徑明顯縮小，其厚度比未浸泡的膜厚，說明卡拉膠膜與Ba2+發生交聯(如圖1)。

圖1膜A(左)，膜B(右) 圖2膜A(上)，膜B(下)燃燒殘留物

圖3膜A的電鏡掃描照片圖4膜B的電鏡掃描照片

電鏡照片(圖3、圖4)顯示膜A，表面基本光滑，有少許的絮狀物，可能是制膜不均勻所致;經BaCl2溶液浸泡的膜B，表面粗糙，有顆粒狀物質，呈致密的網狀結構。

2.2 膜點燃實驗分析

膜A接觸火焰時，不會發生有焰燃燒，先呈紅熱狀態，繼而變黑，產生大量的煙，離開火焰后紅熱部分立即變黑，灼燒后剩余黑色灰分。膜B接觸火焰時，與膜A相似，但酒精燈的火焰呈黃綠色，且基本不產生煙，灼燒后剩余灰白色的灰分(如圖5、圖6)。這種現象可能與膜B里含有大量的Ba2+有關。

圖5膜A的灼燒過程圖6膜B的灼燒過程

從膜A、膜B燃燒殘留物的掃描電鏡照片可以看出:膜A的殘留物結構疏松，比較脆、易碎，有很多大的孔隙;膜B的殘留物結構致密，較硬，無較大孔隙，可能會起到隔絕燃燒材料和外界空氣以及燃燒產生的熱量的作用，能夠降低材料的燃燒性能。(下轉第106頁)(上接第90頁)

圖7膜A燃燒殘留物的電鏡掃描照片

圖8膜B燃燒殘留物的電鏡掃描照片

3 結論

卡拉膠本身具有較好的阻燃性，與Ba2+交聯后其阻燒性能變化不大，發煙量明顯減少。電鏡掃描結果顯示:材料灼燒產生的殘留物，可能會隔絕空氣和熱量，以阻止材料的進一步燃燒，起到一定的阻燃作用。具體的阻燃機理還有待于進一步研究與證實，目前本課題組相關的研究還在進行中。

★本論文由國家自然科學青年基金(基金編號:50803030)資助

注釋

①胡亞芹，竺美.卡拉膠及其結構研究進展.海洋湖沼通報，2005.1:94.

②華漢峰.一種用途廣泛的海藻膠―卡拉膠.水產科學，1990.9(1):37.

③L. D.Hung， K. j. Hori， H.Q. Nang，T. Kha， L.T.Hoa， Seasonal changes in growth rate，carrageenan yield and lectin content in the red alga Kappaphycus alvarezii cultivated in Camranh Bay， Vietnam， Journal of Applied Phycology， 2009， 21:265-272.

④R. Falshaw， R. H. Furneaux， D. E. Stevenson， Structural analysis of carrageenans from the red alga， Callophyllis hombroniana Mont.Kutz(Kallymeniaceae， Rhodophyta)， Carbohydrate Research， 2005.340:1149-1158.

⑤K. S. Hossain， K. Miyanaga， H. Maeda， N.Nemoto， Sol-gel transition behavior of pure-carrageenanin both salt-free and added salt states， Biomacromolecules， 2001.2:442-449.

⑥F. Tanaka， Thermoreversible gelation strongly coupled to coil-to-helix transition of polymers， Colloids and Surfaces B:Biointerfaces， 2004.38:111-114.

⑦寧發子，何新益，殷七榮，張興全.卡拉膠的特性與食品應用.食品科技，2002.3:36-38.

⑧姜麗萍，孔慶山，王兵兵，紀全，夏延致.海藻酸鈣纖維的制備及阻燃性能研究[J].2008年全國阻燃學術年會論文集，2008:114-120.