壳聚糖类液晶材料的制备及加工方法的研究

论文摘要

液晶材料是目前高新技术领域中研究和开发的热门，壳聚糖可望成为一种新型的天然高分子液晶材料。壳聚糖作为天然高分子液晶中的新成员，其应用研究有着十分诱人的前景。壳聚糖纤维可以作为功能性和生态友好型纤维应用在生物医学和生物技术等领域，是近年来世界各国都在开发的机能性保健纤维，其市场前景看好。对壳聚糖进行改性并制备高强度的壳聚糖纤维，对推动壳聚糖的发展和拓宽其应用领域具有重要的意义。离子液体是近年来兴起的一类极具应用前景的环保型溶剂，它已引起了世界各国科学家的广泛重视。制备能够溶解壳聚糖的离子液体，并使其在均相反应体系中进行反应，已成为目前壳聚糖加工过程中亟待解决的问题。本文从壳聚糖原料出发，围绕着离子液体这一绿色溶剂，并以制备壳聚糖类液晶材料为目标，主要开展了以下两个方面的研究工作。1．以甘氨酸和质量分数36%盐酸为原料合成出甘氨酸盐酸盐离子液体，利用间歇碱处理方式对壳聚糖原料进行处理，制备出脱乙酰度可达92.2%的高脱乙酰度壳聚糖。采用N-烷基化化学改性方法，使苯甲醛与高脱乙酰度壳聚糖分别在醋酸和甘氨酸盐酸盐离子液体两种溶剂中进行反应，制备N-苄基壳聚糖。红外光谱测试表明：由这两种方法制备出的产物均为N-苄基壳聚糖，证明了甘氨酸盐酸盐离子液体是壳聚糖的良溶剂。用偏光显微镜测得N-苄基壳聚糖在二氯乙酸中形成液晶相的临界质量分数为9%，且形成的液晶相为胆甾相。2．将高脱乙酰度壳聚糖溶解于离子液体的水溶液中制备出合适粘度的纺丝液，经湿法纺丝将其纺制成纤维，再对纤维进行一定程度的表面交联，可得到较好力学性能的壳聚糖纤维，并通过SEM和TGA分析证明了壳聚糖纤维具有良好的表面形态和热稳定性。结果表明，壳聚糖的质量分数（相对于3%离子液体的水溶液质量）为6.5%，溶解温度40℃，溶解时间6h，凝固浴中无水乙醇与5%Na2SO4水溶液的体积比为50/50时，在此条件下制得的纤维的断裂强度为0.307CN/dtex，断裂伸长率为35.933%，经交联处理后纤维的断裂强度达1.977CN/dtex。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 壳聚糖
• 1.1.1 概述
• 1.1.2 壳聚糖的发展过程
• 1.1.3 壳聚糖的物理性质
• 1.1.3.1 结构特征
• 1.1.3.2 一般物理性质
• 1.1.4 壳聚糖的化学性质
• 1.1.5 壳聚糖的制备
• 1.1.6 壳聚糖的物理改性
• 1.1.6.1 聚电解质复合
• 1.1.6.2 小分子无机物填充
• 1.1.6.3 共混改性
• 1.1.7 壳聚糖的化学改性
• 1.1.7.1 酰化改性
• 1.1.7.2 烷基化改性
• 1.1.7.3 Schiff 碱改性
• 1.1.7.4 醚化改性
• 1.1.7.5 接枝共聚改性
• 1.1.7.6 交联反应
• 1.1.7.7 其它反应
• 1.1.8 壳聚糖的应用
• 1.1.8.1 轻纺工业领域
• 1.1.8.2 生物医药领域
• 1.1.8.3 环保领域
• 1.1.8.4 食品领域
• 1.1.8.5 农业领域
• 1.1.8.6 工业领域
• 1.1.8.7 其它领域
• 1.2 壳聚糖类液晶材料
• 1.3 壳聚糖纤维
• 1.3.1 壳聚糖纤维的制备
• 1.3.2 壳聚糖纤维的性能
• 1.3.2.1 吸湿透气性
• 1.3.2.2 抗菌活性
• 1.3.2.3 生物相容性和可降解性
• 1.3.2.4 染色性
• 1.3.2.5 安全性
• 1.3.3 壳聚糖纤维的应用
• 1.3.3.1 医药卫生领域
• 1.3.3.2 纺织印染领域
• 1.3.3.3 其它领域
• 1.4 离子液体
• 1.4.1 概述
• 1.4.2 离子液体的结构和分类
• 1.4.3 离子液体的特性
• 1.4.4 离子液体的合成
• 1.4.4.1 一步法
• 1.4.4.2 两步法
• 1.4.5 离子液体的应用
• 1.4.5.1 离子液体在有机合成中的应用
• 1.4.5.2 离子液体在电化学中的应用
• 1.4.5.3 离子液体在天然高分子材料中的应用
• 1.4.5.4 离子液体在其它方面的应用
• 1.4.6 离子液体的前景展望
• 1.5 本论文研究内容和意义
• 第二章 实验部分
• 2.1 实验原料及仪器
• 2.2 壳聚糖本体性质的测定
• 2.2.1 灰分的测定
• 2.2.2 水分的测定
• 2.2.3 脱乙酰度的测定
• 2.2.3.1 碱量法
• 2.2.3.2 碱量法改进法
• 2.2.3.3 恒定 pH 值法
• 2.2.4 粘度的测定
• 2.3 高脱乙酰度壳聚糖的制备
• 2.4 甘氨酸盐酸盐离子液体的合成及其对壳聚糖溶解性能的研究
• 2.4.1 甘氨酸盐酸盐离子液体的合成
• 2.4.2 壳聚糖溶解能力实验
• 2.5 N-苄基壳聚糖液晶材料的制备及表征
• 2.5.1 以乙酸为溶剂制备 N-苄基壳聚糖
• 2.5.2 以甘氨酸盐酸盐离子液体为溶剂制备 N-苄基壳聚糖
• 2.5.3 溶致液晶临界浓度 C*的测定
• 2.6 以甘氨酸盐酸盐离子液体为溶剂制备壳聚糖纤维
• 2.6.1 纺丝液的制备
• 2.6.2 湿法纺丝及后处理
• 2.6.3 纤维的表面交联处理
• 2.7 红外光谱分析
• 2.8 热失重分析
• 2.9 壳聚糖纤维的性能测定
• 2.9.1 壳聚糖纤维的力学性能测定
• 2.9.2 壳聚糖纤维表面形态的测试
• 2.9.2.1 光学显微镜测试
• 2.9.2.2 扫描电镜测试
• 第三章 结果与讨论
• 3.1 壳聚糖的本体性质
• 3.1.1 灰分
• 3.1.2 水分
• 3.1.3 脱乙酰度
• 3.1.4 粘度
• 3.2 高脱乙酰度壳聚糖的结构分析
• 3.3 甘氨酸盐酸盐离子液体的结构分析
• 3.4 N-苄基壳聚糖液晶材料的研究
• 3.4.1 N-苄基壳聚糖的结构分析
• 3.4.1.1 以乙酸为溶剂制备的 N-苄基壳聚糖
• 3.4.1.2 以甘氨酸盐酸盐离子液体为溶剂制备的 N-苄基壳聚糖
• 3.4.2 N-苄基壳聚糖的溶致液晶性表征
• 3.4.3 脱乙酰度对 N-苄基壳聚糖溶致液晶临界浓度 C*的影响
• 3.4.4 N-苄基壳聚糖的结晶
• 3.5 以甘氨酸盐酸盐离子液体为溶剂制备壳聚糖纤维的研究
• 3.5.1 甘氨酸盐酸盐离子液体溶解壳聚糖的研究
• 3.5.2 壳聚糖纤维的表面形态分析
• 3.5.3 壳聚糖纤维的热失重分析
• 3.5.4 反应条件对壳聚糖纤维力学性能的影响
• 3.5.4.1 壳聚糖用量对壳聚糖纤维力学性能的影响
• 3.5.4.2 离子液体用量对壳聚糖纤维力学性能的影响
• 3.5.4.3 凝固浴组成对壳聚糖纤维力学性能的影响
• 3.5.4.4 凝固浴中硫酸钠的浓度对壳聚糖纤维力学性能的影响
• 3.5.5 反应条件对壳聚糖纤维表面形态的影响
• 3.5.5.1 壳聚糖用量对壳聚糖纤维表面形态的影响
• 3.5.5.2 离子液体用量对壳聚糖纤维表面形态的影响
• 3.5.5.3 凝固浴组成对壳聚糖纤维表面形态的影响
• 3.5.5.4 凝固浴中硫酸钠的浓度对壳聚糖纤维表面形态的影响
• 第四章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 附录 攻读硕士学位期间发表的学术论文