大豆蛋白质/聚羟基脂肪酸酯生物可降解聚合物的分子组装改性研究

论文题目: 大豆蛋白质/聚羟基脂肪酸酯生物可降解聚合物的分子组装改性研究

论文类型: 博士论文

论文专业: 材料学

作者: 马晓录

导师: 成国祥

关键词: 改性,分子组装,耐水耐湿性,力学性质稳定性,生物降解性

文献来源: 天津大学

发表年度: 2005

论文摘要: 大豆蛋白质(SP)、聚羟基丁酸酯(PHB)、3-羟基丁酸与3-羟基戊酸的共聚物(PHBV)均为天然生物可降解聚合物。但SP分子中的氢键作用、自组装和亲水性使其耐水性、耐湿性和力学性质稳定性较差。而PHB、PHBV存在结晶度高、脆性大等不足。本文针对它们的分子结构特点,采用共混、共聚手段,通过在SP与PHB或SP与PHBV之间形成一定程度的大分子组装或调节它们的大分子组装状态,达到了改善SP/PHB、SP/PHBV的综合性质的目的。首先,利用SP的7S和11S在冷水中的不同溶解性,制备了富含11S的大豆分离蛋白(SPIG)。研究表明,SPIG比其它SP产品有更低的吸水性。然后,采用熔融模压法制备了SPIG/PHB和SPIG/PHBV及低分子量PHB(LPHB)与SPIG的共混物,研究了共混改性的效果和机理。以乙二醇、甘油、木糖醇、三油酸甘油酯、环氧大豆油为添加剂,探讨了这些小分子对SP/PHB的改性作用。采用溶液共聚法制备了SPI-co-PHB,探索了PHB共聚改性SP的效应。采用DSC、DMA、FTIR、SEM、PLM、固态13C NMR、拉伸测试、激光粒度仪、SDS-PAG凝胶电泳、吸水率测定、生物降解速率测定等方法表征了共混物或共聚物的聚集态结构和性质。研究表明,在共混物中,PHB、PHBV、LPHB与SP产生了分子间氢键,破坏了各自原刚硬的自组装结构,形成了新的分子间组装结构,使PHB、PHBV在SP含量较高时难以组装成较大的球晶,甚至以片晶束与SP共存,并阻止了PHB、PHBV的二次结晶,且疏水性PHB、PHBV组装到SP亲水性基团上而形成疏水薄膜层,从而,改善了SP的力学性质、耐水性、耐湿性及力学性质稳定性。研究还表明,乙二醇、甘油、木糖醇、三油酸甘油酯、环氧大豆油对SPIG/PHB有良好的增塑效果,但前三者因自身吸水性高而导致共混物持耐水耐湿性有所降低,而后两者的疏水性使共混物耐水性略有增加。研究还表明,PHB可与SP共聚,并改变SP和PHB的自组装状态,改善SP聚合物的强度和韧性,且因在SP中引入PHB,使共聚物具有耐水耐湿性。研究还表明,SP/PHA共混物降解速率高于SP,但添加甘油等小分子使SP/PHB的降解速率低于纯SP,而SPI-co-PHB的降解速率与SP相差不大。

论文目录:

中文摘要

ABSTRACT

第一章 绪论

1.1 引言

1.2 SP 材料制备基础和大分子组装特征

1.2.1 工业SP 产品种类、生产方法和资源供给

1.2.2 SP 的化学组成和大分子组装特征

1.2.3 SP 的化学性质与化学改性

1.2.4 与SP 材料制备相关的其它性质

1.3 SP 材料研究的进展及存在的问题

1.3.1 SP 生物可降解材料

1.3.1.1 SP 的热塑性

1.3.1.2 SP 的增塑

1.3.1.3 SP 材料制备中的化学改性

1.3.1.4 SP 材料的共混改性

1.3.1.5 SP 材料的力学性质稳定性

1.3.1.6 SP 材料存在的问题

1.3.2 SP 薄膜

1.3.3 SP 水凝胶

1.3.4 SP 粘合剂和涂料

1.4 PHB 和PHBV 的特征、改性及应用

1.4.1 PHB 的特征

1.4.2 PHB 的改性

1.4.3 PHBV 的性质

1.4.4 PHB 和PHBV 的生物降解

1.4.5 PHB 和PHBV 的应用

1.5 聚合物共混改性理论的研究进展

1.6 课题的提出和拟研究内容

1.6.1 课题的提出和意义

1.6.2 拟研究的内容

第二章 PHB 共混改性SP 的研究

2.1 引言

2.2 SP 和PHB 的大分子组装理论基础

2.2.1 大分子组装概念

2.2.2 蛋白质与PHB 在cPHB 中组装

2.2.3 SP/PHB 相容性的理论基础

2.3 实验部分

2.3.1 原料和仪器

2.3.2 富含115 的SPI 的制备

2.3.3 样品制备

2.3.4 样品的表征与测试

2.4 结果与讨论

2.4.1 SPIG 的亲水性

2.4.2 SPIG/PHB 共混体系的相容性

2.4.3 SPIG/PHB 中的氢键组装和构象变化

2.4.4 形态结构

2.4.5 WXRD 分析

2.4.6 热失重分析（TGA）

2.4.7 力学性质分析

2.4.8 SPIG/PHB 的耐水性、耐湿性和力学性质稳定性

2.4.9 SPIG/PHB 生物降解性

2.5 小结

第三章 PHBV 共混改性SP 的研究

3.1 引言

3.2 实验部分

3.2.1 原料和仪器

3.2.2 SPIG/PHBV 的样品制备

3.2.3 测试和表征

3.3 结果和讨论

3.3.1 FTIR 分析

3.3.2 SPIG/PHBV 的形态结构

3.3.3 SPIG/PHBV 的结晶动力学

3.3.4 SPIG/PHBV 的力学性质

3.3.5 SPIG/PHBV 的耐水性、耐湿性和力学性质稳定性

3.3.6 SPIG/PHBV 的生物降解性

3.4 小结

第四章 低分子量PHB 共混改性SP 的研究

4.1 引言

4.2 实验部分

4.2.1 材料和仪器

4.2.2 LPHB 的制备

4.2.3 SPIG/LPHB 样品制备

4.2.4 测试和表征

4.3 结果和讨论

4.3.1 LPHB 热行为

4.3.2 形态结构

4.3.3 FTIR 分析

4.3.4 SPIG/LPHB 的力学性质

4.3.5 SPIG/LPHB 的耐水性、耐湿性和力学性质稳定性

4.3.6 SPIG/LPHB 的生物降解性

4.4 小结

第五章 小分子添加剂对SPIG/PHB 的影响

5.1 引言

5.2 实验部分

5.2.1 原料和仪器

5.2.2 样品制备

5.2.3 测试和表征

5.3 结果和讨论

5.3.1 形态结构

5.3.2 对力学性质的影响

5.3.3 对耐水性的影响

5.3.4 对生物降解性的影响

5.4 小结

第六章 SP 和PHB 的共聚改性

6.1 引言

6.2 材料与方法

6.2.1 材料和仪器

6.2.2 原料的净化

6.2.3 PHB-doil 的制备

6.2.4 SPI-co-PHB 的制备

6.2.5 SPI-co-PHB 薄膜的制备

6.2.6 表征

6.3 结果和讨论

6.3.1 PHB-doil

6.3.2 SPI 和PHB 的共聚作用

6.3.3 SPI-co-PHB 薄膜的形态结构和力学性

6.3.4 SPI-co-PHB 薄膜的耐湿性

6.3.5 SPI-co-PHB 的生物降解性

6.4 小结

全文结论

参考文献

发表论文和科研情况说明

致谢

发布时间: 2011-06-20

参考文献

• [1].水性聚氨酯改性蛋白质塑料的结构与性能研究[D]. 王念贵.武汉大学2004
• [2].大豆蛋白质的共混改性研究[D]. 陈云.武汉大学2004
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