天然高分子多糖复合凝胶的制备及性质研究

论文摘要

由于石油煤炭资源的日益枯竭和非降解性合成高分子材料引起的环境污染日益严重，大力研究和开发以天然高分子为主体的生物质材料势在必行。魔芋是我国的特产资源，作为一种可再生高分子，魔芋葡甘聚糖（KGM）有潜力成为替代某些石油化工产品的新型环境友好材料。本论文主要研究内容如下：1．采用氯化锌作催化剂合成不同乙酰基团含量的魔芋葡甘聚糖，通过皂化-滴定法测得改性KGM的乙酰基团含量（DA）范围为1．82-6．23％，用黄原胶与不同乙酰度KGM复配制备不同比例的复合凝胶，首次采用Winter-Chambon方法准确确定了KGM/xanthan复合体系的临界凝胶温度(Tgel)，并运用现代聚合物凝胶理论研究其溶胶-凝胶转变行为。改性KGM/xanthan复合体系与原始KGM/xanthan复合体系相比，其储能模量（G’）和Tgel均出现较大幅度下降，这与改性产物分子量降低有关。改性KGM/xanthan复合体系的临界凝胶温度和储能模量随DA增加而降低，这表明乙酰基团会阻碍复合体系的协同作用。2．通过异相降解的方法得到了一系列溶解性较好的不同分子量的KGM样品，其粘均分子量（MY）变化范围为4．0×105到2．5×106。通过动态粘弹测试研究了KGM的分子量对KGM/xanthan复合体系的流变性能的影响。当KGM的粘均分子量由4．0×105逐渐增加到1．91×106时，复合体系的临界凝胶温度Tgel快速增加，复合体系的储能模量G’也得到较大提高；当KGM的粘均分子量由1．91×106逐渐增加到2．5×106时，复合体系的临界凝胶温度Tgel和储能模量G’增加幅度很小，对KGM的分子量依赖性较低。由应变扫描结果可以推出当KGM的粘均分子量大于或等于临界值1．91×106时，KGM/xanthan复合体系的形成的凝胶都为强凝胶。3．先以6wt％NaOH/5wt％urea为反应介质合成羧甲基魔芋葡甘聚糖，然后在葡萄糖内酯存在下将海藻酸钠和羧甲基魔芋葡甘聚糖进行复配。通过动态粘弹测试研究KGM/SA复合凝胶形成的机理和凝胶的特征。由葡萄糖内酯缓慢释放质子，一部分质子中和聚合物链上的部分电荷，另一部分质子屏蔽了聚合物链之间的静电排斥作用，导致水溶液复合体系的溶胶-凝胶转变。当复合体系中KGM的含量为29．9wt％时，复合体系的凝胶强度达到最大值。KGM/SA复合体系的凝胶速率随着羧甲基KGM取代度的增加而降低。KGM/SA的复合比例和羧甲基KGM的取代度对初始凝胶的分形维数没有明显影响，表明KGM/SA复合体系的凝胶网络结构非常致密。本工作中有关天然高分子多糖的的改性方法和复合凝胶材料的制备及表征的基础研究成果为多糖类生物质资源的进一步的开发和利用提供了重要的科学依据。因此本文具有重要的理论意义和应用前景，并且复合国家的环保政策和可持续发展战略。

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 魔芋葡甘聚糖的来源和化学结构
• 1.3 魔芋葡甘聚糖的物理性质及其应用
• 1.3.1 魔芋葡甘聚糖的亲水性及其应用
• 1.3.2 魔芋葡甘聚糖的凝胶特性及其应用
• 1.4 魔芋葡甘聚糖的化学性质及其应用
• 1.4.1 魔芋葡甘聚糖的降解
• 1.4.2 魔芋葡甘聚糖的酯化
• 1.4.3 魔芋葡甘聚糖的接枝和交联
• 1.4.4 魔芋葡甘聚糖的甲基和羧甲基化
• 1.4.5 魔芋葡甘聚糖的氧化
• 1.5 魔芋葡甘聚糖的药物学特性
• 1.5.1 抗肿瘤作用
• 1.5.2 减肥作用
• 1.5.3 降脂作用
• 1.5.4 降血糖作用及其它作用
• 1.6 魔芋葡甘聚糖复合膜的研究进展
• 1.6.1 接枝共聚
• 1.6.2 共混
• 1.6.3 互穿聚合物网络
• 1.7 魔芋葡甘聚糖复合凝胶的研究进展
• 1.7.1 魔芋葡甘聚糖的物理共混复合凝胶
• 1.7.2 魔芋葡甘聚糖脱乙酰凝胶
• 1.7.3 离子交联魔芋葡甘聚糖复合凝胶
• 1.8 本课题的研究目的和意义
• 1.9 本课题的研究内容
• 第2章 乙酰度对KGM/黄原胶复合凝胶协同作用的影响
• 2.1 引言
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 实验原料
• 2.2.2 实验仪器设备
• 2.2.3 实验过程
• 2.2.3.1 KGM原始样品预处理
• 2.2.3.2 乙酰化KGM的合成
• 2.2.3.3 乙酰度的测定
• 2.2.3.4 KGM/xanthan复合溶液的制备
• 2.2.4 红外光谱测试
• 2.2.5 流变性能测试
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 催化剂对乙酰化程度的影响
• 2.3.2 不同配比对协同作用的影响
• 2.3.3 乙酰度对临界凝胶温度的影响
• 2.3.4 温度对不同乙酰度KGM/xanthan复合凝胶的影响
• 2.3.5 频率对不同乙酰度KGM/xanthan复合凝胶的影响
• 2.3.6 乙酰度对复合凝胶模量的影响
• 2.4 本章小结
• 参考文献
• 第3章 分子量对KGM/黄原胶复合体系流变性能的影响
• 3.1 引言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 实验原料
• 3.2.2 实验仪器设备
• 3.2.3 KGM/xanthan复合体系的制备
• 3.2.3.1 原料的纯化及测定
• 3.2.3.2 不同分子量KGM的制备
• 3.2.3.3 KGM镉乙二胺溶液的配置及粘度测试
• 3.2.3.4 KGM/xanthan复合溶液的制备
• 3.2.4 流变测试
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 动态粘弹行为的频率依赖性
• 3.3.2 临界凝胶温度的确定
• 3.3.3 分子量对凝胶的影响
• 3.3.4 复合体系的应变依赖性
• 3.3.5 流变性能的温度依赖性
• 3.4 本章小结
• 参考文献
• 第4章 原位PH值降低引发海藻酸钠/羧甲基魔芋葡甘聚糖凝胶
• 4.1 引言
• 4.2 实验部分
• 4.2.1 实验原料
• 4.2.2 实验仪器设备
• 4.2.3 原料的纯化及测定
• 4.2.4 SA/CM-KGM复合体系的制备
• 4.2.4.1 KGM在NaOH/urea体系中溶解性的测定
• 4.2.4.2 魔芋葡甘聚糖的羧甲基化
• 4.2.4.3 SA/CM-KGM复合体系的制备
• 4.2.5 流变性能测试
• 4.3 实验结果
• 4.3.1 羧甲基化
• CM对SA/CM-KGM凝胶的影响'>4.3.2 W_CM对SA/CM-KGM凝胶的影响
• 4.3.3 CM-KGM的羧甲基取代度对凝胶动力学的影响
• 4.4 讨论与小结
• 参考文献
• 第5章 结论
• 致谢
• 附录: 硕士期间已发表和待发表的论文