阳离子环糊精的制备及其应用

论文摘要

近几年,外形似“锥筒”,腔内疏水、腔外亲水的环糊精（Cyclodextrin,CD）包括α,β,γ等,以其特有的结构在模拟酶、分子识别,以及食品、日用品、医药、化学工业和农业等众多领域深受广大科学工作者的重视。β-环糊精分子本身作为主体模型在具体应用中还有一定的局限性。比如,β-环糊精在紫外、荧光等光谱中则是惰性的,缺少显示电子转移、光致变色等功能性基团,无法借助各种必要的光学仪器,研究其与客体分子间的相互作用;再比如,β-环糊精缺少酶体上的有效功能点,为增加其分子模拟识别（Pattern Reorganization,PR）能力,使之具有酶功能,还需要在环糊精分子上引入一定功能基团修饰成β-环糊精的衍生物。此外,β-环糊精分子在水中的溶解度较小,也使其应用性受到一定的限制。综上所述,为了获得更好的β-环糊精功能主体模型,对β-环糊精进行适当的选择性化学修饰是很有必要的。淀粉是由葡萄糖单元构成,而β-环糊精是由7个葡萄糖单元构成。淀粉阳离子化后,具有优越的性能并拓宽了其应用领域,可用于造纸工业的增强剂、表面施胶剂、助留助滤剂等。由此从中受到启发,探索阳离子环糊精的合成,并把其应用于造纸湿部助留助滤剂以提高填料的留着率,最后对阳离子环糊精的湿部作用机理进行了探讨。论文的具体内容如下:1.阳离子环糊精的合成:本论文主要研究合成阳离子季铵型环糊精,采用了半干法的制备工艺。通过单因素实验详细考察了醚化剂用量、碱用量、体系含水量、反应温度和反应时间等影响因素对反应的影响;并通过响应面的实验设计再次优化合成工艺条件。在此较佳的工艺条件之下,半干法能制备出DS达1.1940左右的阳离子环糊精。采用红外光谱、胶体滴定等一系列检测方法对合成的阳离子环糊精进行性能检测,从理论上证明了半干法制备阳离子环糊精的可行性。2.探讨了阳离子环糊精在造纸湿部的应用机理:采用先进的湿部分析仪器—Zeta电位仪和PCD电荷测试仪,对浆料体系的Zeta电位和电荷性质进行检测,从理论上浅析了阳离子环糊精用作助留助滤剂的作用机理。3.阳离子环糊精的应用:（1）研究了阳离子改性环糊精与阴离子聚丙烯酰胺共聚物组成的双元絮凝/络合体系对碳酸钙悬浊液的絮凝作用及其影响因素,同时研究了双元体系对甲苯的络合去除作用。研究表明,两种双元絮凝/络合体系同时具备絮凝和吸附功能,对碳酸钙悬浊液具有良好的絮凝作用。（2）考察了阳离子改性环糊精与阴离子聚丙烯酰胺共聚物组成的双元絮凝/络合体系在造纸湿部中的应用。分别探讨了阳离子改性环糊精与阴离子聚丙烯酰胺共聚物组成的双元絮凝/络合体系在造纸湿部用作助留助滤剂对废纸脱墨浆和漂白阔叶木浆的助留助滤效果。研究实验表明:对于脱墨浆,当阳离子环糊精的取代度为1.041,用量在0.30%;阴离子聚丙烯酰胺的取代度为5%,用量在0.02%时,填料留着率提高3倍左右;随着用量的增加滤水性能变化不明显,但纸张的各项强度指标均有所增强。对于漂白阔叶木浆,随着阳离子环糊精和阴离子聚丙烯酰胺用量的增大,其助留助滤效果也变好。但当阳离子环糊精的用量超过0.30%时,滤水速度增加趋势很缓慢,虽然填料的留着率增加,纸张的裂断长却下降的比较明显。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 文献综述
• 1.1 环糊精的历史
• 1.2 β-CD的结构和性质
• 1.3 环糊精的改性
• 1.3.1 环糊精改性的目的
• 1.3.2 改性环糊精的种类
• 1.3.3 环糊精改性的方法
• 1.4 改性环糊精的应用
• 1.4.1 环糊精在医药行业中的应用
• 1.4.2 环糊精衍生物在食品工艺中的应用
• 1.4.3 阳离子环糊精在造纸中的应用
• 1.5 助留助滤系统
• 1.5.1 助留助滤系统的基本理论
• 1.5.2 传统助留剂分类
• 1.5.3 单一聚合物助留助滤系统
• 1.5.4 双元助留助滤系统
• 1.5.5 具有发展前景的新型多元助留助滤系统
• 1.6 论文的研究内容和意义
• 2 半干法制备阳离子环糊精
• 2.1 实验主要原料
• 2.2 实验主要仪器
• 2.3 实验方法
• 2.3.1 阳离子环糊精的合成
• 2.3.2 阳离子环糊精的制备及检测原理
• 2.4 实验结果和讨论
• 2.4.1 不同醚化剂用量对取代度和反应效率的影响
• 2.4.2 不同用碱量对取代度和反应效率的影响
• 2.4.3 不同体系含水量对取代度和反应效率的影响
• 2.4.4 不同加入方式对取代度的影响
• 2.4.5 NaCl的加入对取代度和反应效率的影响
• 2.4.6 促进剂无水乙醇的加入对取代度和反应效率的影响
• 2.4.7 反应时间对取代度和反应效率的影响
• 2.4.8 反应温度对取代度和反应效率的影响
• 2.4.9 pH值对最终产品性能的影响
• 2.5 产品性能指标
• 2.6 小结
• 3 半干法制备阳离子环糊精的工艺优化
• 3.1 引言
• 3.1.1 正交试验设计
• 3.1.2 响应面试验设计方法
• 3.2 制备阳离子环糊精的响应面试验
• 3.2.1 响应面试验设计
• 3.2.2 响应面模型质量评价
• 3.2.3 实验结果与讨论
• 3.3 小结
• 4 阳离子环糊精的性能检测
• 4.1 引言
• 4.1.1 阳离子化试剂的选择
• 4.1.2 阳离子环糊精的性能检测
• 4.1.3 胶体滴定
• 4.2 实验部分
• 4.2.1 实验原料及药品
• 4.2.2 实验主要仪器及其工作原理
• 4.2.3 实验分析方法
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 阳离子环糊精的结构表征
• 4.3.2 根据胶体滴定法测定阳离子环糊精的电荷密度和取代度
• 4.4 小结
• 5 阳离子环糊精的湿部机理探讨
• 5.1 引言
• 5.1.1 Zeta电位
• 5.1.2 电导率
• 5.2 实验部分
• 5.2.1 实验原料及药品
• 5.2.2 实验仪器
• 5.2.3 实验方法
• 5.2.4 实验结果与讨论
• 5.3 结论
• 6 阳离子环糊精的在造纸中应用研究
• 6.1 引言
• 6.2 阳离子环糊精的双元絮凝/络合体系
• 6.2.1 实验部分
• 6.2.2 结果和讨论
• 6.2.3 结论
• 6.3 阳离子环糊精双元聚合物助留助滤系统
• 6.3.1 实验原料及药品
• 6.3.2 实验主要仪器设备
• 6.3.3 实验方法
• 6.3.4 实验结果与讨论
• 6.3.5 小结
• 7 结论
• 8 展望
• 8.1 本论文的创新之处
• 8.2 本论文今后需进一步研究的内容
• 9 参考文献
• 10 攻读硕士学位期间发表的论文
• 11 致谢