桑皮纳米纤维素晶须的制备及其应用研究

论文摘要

桑树韧皮是一种极具利用价值的新型天然资源,在本实验中,采用预处理—130°C高温高压碱煮—漂白三道工序,制得了桑皮纤维,随后通过64 wt%的硫酸水解30 min制得了桑皮纤维素纳米晶须悬浮液。根据GB5889-86《苎麻化学成分定量分析方法》分析了脱胶前后桑皮纤维中各化学组成成分的含量,发现脱胶后的桑皮纤维中,半纤维素、果胶和木质素等杂质的含量已经非常低了,FT-IR和XRD的结果也证明了脱胶过程中这些杂质的去除。同时因为在酸解中纤维素的无定形部分被水解,而释放出了纤维素单晶,最后制得的纤维素纳米晶须的结晶度高达73.4%。但是因为在水解中纤维素分子上接上了磺酸基团,因而纤维素纳米晶须的热稳定性要比桑皮纤维差很多,而且经历了低温分解和高温分解两个阶段。这种纤维素晶须的用途非常广泛,可以作为一种增强剂、也可以在药品或光学器件中作为一种添加剂。将桑皮纤维素纳米晶须来作为经过聚乙二醇增塑后的丝素膜的增强剂,最后制得了一种兼有较好的拉伸强度和柔韧性的丝素复合膜。通过场发射扫描电镜观察到纤维素晶须均匀地分散在丝素基质中,但是当晶须的含量为15 wt%时,纳米粒子出现了部分团聚。FT-IR和XRD结果表明,聚乙二醇和纤维素晶须的加入诱导了丝素蛋白的二级结构的转变,力学拉伸测试表明,在较低的晶须含量下,随着纤维素晶须含量的增加,丝素复合膜的拉伸强度不断增加,断裂应变不断减小。动态机械分析（DMA）表明,刚性的纤维素晶须与丝素基质的作用限制了无定形区的丝素多肽链在玻璃化转变时的自由运动。最后,研究了MG-63细胞在这种生物复合膜上的黏附和增殖情况,发现加入了聚乙二醇和桑皮纤维素纳米晶须后,改变了丝素复合膜的表面微观形貌等表面性能,使得纳米复合膜具有良好的生物相容性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 论文开题的目的、意义
• 1.2 桑皮纤维（Mulberry Fiber）及其应用
• 1.2.1 桑皮纤维开发现状
• 1.2.2 桑皮纤维的化学脱胶
• 1.3 纤维素纳米晶须及其应用
• 1.3.1 纤维素的结构
• 1.3.2 纤维素纳米晶须（Cellulose Whiskers）
• 1.3.3 纤维素纳米晶须在纳米复合物中的应用
• 1.4 桑蚕丝素蛋白的结构及应用
• 1.4.1 丝素蛋白的结构与力学性能
• 1.4.2 丝素蛋白在组织工程上的研究和应用
• 第二章 桑皮纤维的提取和纳米晶须的制备
• 2.1 实验材料与方法
• 2.1.1 实验材料与仪器
• 2.1.2 桑皮纤维（Mulberry Fibers）的提取
• 2.1.3 桑皮纳米纤维素晶须（Mulberry Cellulose Whiskers）的制备
• 2.1.4 桑皮纤维及纤维素晶须的表征
• 2.1.4.1 化学成分分析
• 2.1.4.2 形貌观察
• 2.1.4.3 桑皮纤维及纳米晶须的尺寸分布
• 2.1.4.4 傅立叶变换红外光谱（FTIR）
• 2.1.4.5 X 射线衍射（XRD）
• 2.1.4.6 热重分析（TGA）
• 2.2 实验结果分析
• 2.2.1 高温脱胶对桑皮纤维的化学成分变化的影响
• 2.2.2 桑皮纤维和纳米晶须的形貌观察和尺寸分布
• 2.2.3 桑皮纤维和纳米晶须的红外光谱分析
• 2.2.4 桑皮纤维和纳米晶须的X 射线衍射分析
• 2.2.5 桑皮纤维和纳米晶须的热稳定性分析
• 2.3 本章小结
• 第三章 桑皮纳米纤维素晶须/蚕丝蛋白/聚乙二醇三元复合膜的制备和性能
• 3.1 引言
• 3.2 实验材料与方法
• 3.2.1 实验材料与仪器
• 3.2.2 丝素/聚乙二醇/桑皮纤维素纳米晶须三元纳米复合膜的制备
• 3.2.3 纳米复合膜形貌观察
• 3.2.3.1 表面形貌
• 3.2.3.2 截面观察
• 3.2.4 纳米复合膜的结构性能
• 3.2.4.1 X 射线衍射（XRD）
• 3.2.4.2 傅立叶红外光谱（ATR-FTIR）
• 3.2.5 纳米复合膜的力学性能
• 3.2.5.1 动态力学测试分析（DMTA）
• 3.2.5.2 拉伸性能测试
• 3.2.6 细胞培养
• 3.2.6.1 细胞的培养
• 3.2.6.2 MG-63 细胞在复合膜材料上的黏附和增殖
• 3.2.6.3 细胞的生长与检测
• 3.2.7 统计学分析
• 3.3 实验结果分析
• 3.3.1 纳米复合膜的表面形貌
• 3.3.2 纳米复合膜的截面形貌
• 3.3.3 纳米复合膜的结构分析
• 3.3.3.1 纳米复合膜的红外光谱分析
• 3.3.3.2 纳米复合膜的红外光谱分析
• 3.3.4 纳米复合膜的力学性能分析
• 3.3.4.1 机械拉伸（Tensile Test）
• 3.3.4.2 动态机械分析（DMA）
• 3.3.5 纳米复合膜的生物相容性
• 3.3.5.1 MG-63 细胞株的培养
• 3.3.5.2 细胞在复合膜材料上的形貌观察
• 3.3.5.3 细胞增殖
• 3.4 本章小结
• 第四章 总结与展望
• 4.1 总结
• 4.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间发表的论文