壳聚糖溶液行为研究

论文摘要

甲壳素和壳聚糖在自然界中的含量仅次于纤维素,由于它们具有无毒、生物可降解及生物相容等优良的特性,且具有良好的可纺性,故被广泛用于生物医用材料、纺织工业、化妆品及重金属离子吸收剂等众多领域。然而,纯壳聚糖纤维的强度偏低（0.61-2.48g/dtex）限制了其进一步应用,当前,壳聚糖纤维主要通过湿法纺丝制备。由于壳聚糖在稀酸溶液中是阳离子聚电解质,其溶液性质与一般的中性高分子溶液差异很大,而溶液的性质将大大影响成纤后的纤维性能,因此,对壳聚糖溶液行为的研究受到了日益广泛关注。本研究从壳聚糖原液制备入手,用粘度法较系统地研究了不同平均分子量壳聚糖溶液粘度性质随壳聚糖溶液浓度、稀酸浓度、酸介质、温度和静置时间变化的规律及二乙基脲及二丙基脲等外加添加剂对壳聚糖溶液性质的影响,并采用激光光散射法对外加NaCl、LiCl·H2O及尿素情况下壳聚糖分子在溶液中的分子形态进行了初步研究;通过X射线衍射、差式扫描量热法（DSC）、红外吸收光谱（IR）等检测手段对所用壳聚糖原料、薄膜及纤维样品的性质进行了表征。研究结果表明:所用壳聚糖粉末原料为α晶型,脱乙酰度较高,分子中所含游离水含量较大;所用稀酸体积分数的增大,会使壳聚糖溶液粘度下降的趋势更加明显;壳聚糖醋酸水溶液随着温度升高与存放时间的延长,粘度下降;随壳聚糖溶液浓度升高,溶液粘度上升。所采用的壳聚糖样品的分子量升高,使溶液粘度升高。对于同体积分数的溶剂甲酸、乙酸、盐酸而言,甲酸对壳聚糖溶液特性粘度影响最大;随着在壳聚糖溶液中加入的小分子盐浓度的不同,溶液粘度上升,小分子盐对壳聚糖分子的影响为稀溶液时以氯化锂最为明显,半稀溶液时以氯化钡最为明显;而在溶液中加入有机小分子尿素后,溶液粘度随着尿素浓度的升高而降低;比较了外加尿素、二乙基脲及二丙基脲条件下壳聚糖本体粘度的变化,发现尿素在s/c=0.08时达到最佳,二丙基脲及二乙基脲分别在s/c为0.05及0.08时达到最佳;比较了外加尿素、乙醇及丙酮条件下壳聚糖本体粘度的变化,发现尿素在s/c=0.8时达到最佳,乙醇和丙酮都在s/c=0.5时达到最佳。静态激光光散射实验结果表明,在外加NaCl、LiCl·H2O时壳聚糖分子在溶液中的构象趋于卷曲;而加入尿素的情况则相反。通过在高温下成膜获得了20万分子量的非晶态壳聚糖,并对比无添加及添加尿素的情况,发现尿素可能对壳聚糖分子的分子构象转变有促进作用;外购壳聚糖纤维及片状壳聚糖样品的检测结果表明,在成纤前后发生了壳聚糖分子的α-晶型和β-晶型的相互转变,这可能是影响纤维强力的因素。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 前言
• 第1章 文献综述
• 1.1 壳聚糖简介
• 1.1.1 壳聚糖的发现
• 1.1.2 壳聚糖的化学结构
• 1.1.3 壳聚糖的晶体结构
• 1.1.4 壳聚糖的化学性质
• 1.1.5 壳聚糖的溶液性质
• 1.2 壳聚糖的功能性
• 1.3 壳聚糖的纺丝研究进展
• 1.3.1 壳聚糖的湿法纺丝研究进展
• 1.3.2 壳聚糖的干湿法纺丝研究进展
• 1.3.3 壳聚糖的静电纺丝研究进展
• 1.4 壳聚糖及其纤维的广泛应用
• 1.4.1 纺织工业领域
• 1.4.2 医用领域
• 1.4.3 食品领域
• 1.5 壳聚糖相关物理性能测试原理
• 1.5.1 壳聚糖的特性粘度测试原理
• 1.5.2 壳聚糖的静态激光光散射测定
• 1.5.3 壳聚糖原液本体粘度测定原理
• 1.6 聚电解质溶液理论
• 1.6.1 聚电解质定义
• 1.6.2 聚电解质溶液性质
• 1.7 本文研究意义及主要内容
• 第2章 实验部分
• 2.1 实验药品及原料
• 2.1.1 实验药品
• 2.1.2 实验原料
• 2.2 仪器设备
• 2.3 实验内容
• 2.3.1 壳聚糖粉末原料基本性质测定
• 2.3.2 壳聚糖溶液行为研究
• 2.3.3 壳聚糖膜的制备及性质测定
• 2.4 壳聚糖纤维及片状壳聚糖原料的性质测定
• 2.4.1 壳聚糖纤维及片状壳聚糖原料的IR 测定
• 2.4.2 壳聚糖纤维及片状壳聚糖原料的广角X 射线衍射测定
• 2.4.3 壳聚糖纤维及片状壳聚糖原料的DSC 测定
• 2.4.4 壳聚糖纤维及片状壳聚糖原料的扫描电镜（SEM）测定
• 第3章 结果与讨论
• 3.1 CTS 粉末原料基本性质测定结果
• 3.1.1 CTS 粉末原料的含水率
• 3.1.2 CTS 粉末原料的脱乙酰度
• 3.1.3 CTS 粉末原料的结构表征结果
• 3.2 壳聚糖溶液行为研究
• 3.2.1 不同分子量壳聚糖溶液的本体粘度
• 3.2.2 不同醋酸浓度壳聚糖溶液的本体粘度
• 3.2.3 不同质量浓度壳聚糖溶液的本体粘度及特性粘度
• 3.2.4 不同温度壳聚糖溶液的本体粘度和特性粘度
• 3.2.5 不同酸介质壳聚糖溶液的特性粘度
• 3.2.6 不同添加剂壳聚糖溶液的本体粘度和特性粘度
• 3.3 壳聚糖膜性质测定结果
• 3.3.1 CTS 膜的广角X 射线衍射测定结果
• 3.3.2 CTS 膜的红外光谱图
• 3.4 壳聚糖纤维及片状壳聚糖原料性质测定结果
• 3.4.1 壳聚糖纤维及片状壳聚糖原料的红外光谱谱图
• 3.4.2 壳聚糖纤维及片状壳聚糖原料的广角X 射线衍射曲线
• 3.4.3 壳聚糖纤维及片状壳聚糖原料的DSC 曲线
• 3.4.4 壳聚糖纤维的扫描电镜（SEM）图
• 3.5 有待进一步解决的问题
• 结论
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表论文