葡聚糖凝膠中水的實驗與模擬研究.pdf

1、水凝膠是通過化學(xué)或物理鍵合方式形成的能吸收并保持大量水的高分子網(wǎng)絡(luò)。本文致力于研究凝膠中水的狀態(tài)及性質(zhì)，以天然大分子葡聚糖為原料，以氯化鉀和N，N-亞甲基雙丙烯酰胺為交聯(lián)劑，根據(jù)不同的鍵合作用，合成了葡聚糖物理凝膠及化學(xué)凝膠.通過核磁共振波譜技術(shù)(NMR)，差熱分析法(DSC)，熱重分析法(TG)，電子顯微鏡(SEM)，流變等技術(shù)對葡聚糖物理凝膠及化學(xué)凝膠中水的狀態(tài)，水與聚合物之間的相互作用進(jìn)行了研究.研究結(jié)果表明：在葡聚糖物理凝膠中，

2、氯化鉀與葡聚糖的氧原子發(fā)生交聯(lián)作用；其次，無論葡聚糖物理凝膠還是化學(xué)凝膠，都存在三種不同狀態(tài)的水分子，分別為自由水，可凍結(jié)的結(jié)合水，不可凍結(jié)水，且三種水在凝膠中的先后滿足順序為不可凍結(jié)水，可凍結(jié)的結(jié)合水，自由水；另外，在葡聚糖物理凝膠中，隨著葡聚糖含量的增加，凝膠內(nèi)結(jié)合水比例增加，自由水比例下降；而在葡聚糖化學(xué)凝膠中，交聯(lián)密度及葡聚糖的分子量不同導(dǎo)致三種水分子對應(yīng)的1H弛豫時間T1不同，且凝膠內(nèi)交聯(lián)密度及葡聚糖分子量提高，都使得與葡聚糖

3、作用較強(qiáng)的結(jié)合水比例提高。
　　 本論文還利用分子模擬技術(shù)對葡聚糖物理凝膠及化學(xué)凝膠進(jìn)行分子動力學(xué)研究。通過均方位移，徑向分布函數(shù)，自由體積分率等分析表明：在葡聚糖物理凝膠中，鉀離子與葡聚糖分子羥基氧原子發(fā)生交聯(lián)作用，這與核磁共振實驗結(jié)果相一致；其次，水分子與葡聚糖分子存在明顯的氫鍵作用，隨著葡聚糖含量的提高，凝膠的自由體積減少，水分子的擴(kuò)散系數(shù)降低；另外，通過水分子擴(kuò)散行為分析，發(fā)現(xiàn)凝膠內(nèi)存在三種性質(zhì)不同的水分子，這與DSC實

4、驗結(jié)果相統(tǒng)一；而在葡聚糖化學(xué)凝膠中，水分子與聚合物網(wǎng)絡(luò)存在明顯的氫鍵作用，隨著水分子數(shù)目的減少，水分子的擴(kuò)散系數(shù)逐漸下降，說明了水分子在凝膠內(nèi)傾向于首先形成結(jié)合水.
　　 本論文使用高分辨魔角旋轉(zhuǎn)技術(shù)(HRMAS)和T1弛豫，分子動力學(xué)模擬等手段，從分子水平對葡聚糖凝膠內(nèi)水的狀態(tài)與性質(zhì)進(jìn)行系統(tǒng)深入的研究，結(jié)合流變學(xué)等性能表征手段，能得到許多關(guān)于葡聚糖凝膠結(jié)構(gòu)和其內(nèi)部水分子的運(yùn)動信息，其數(shù)量巨大，準(zhǔn)確性高，能加深對凝膠中水的認(rèn)識，