天然高分子新材料的制備及表征.pdf

1、現(xiàn)階段,在環(huán)境污染和化石資源日益枯竭的雙重壓力下,人類社會發(fā)展遇到了前所未有的困境。天然高分子作為取之不竭、用之不盡的可再生資源,如何高效利用并開發(fā)高附加值產(chǎn)品,已成為國際前沿研究領(lǐng)域,受到越來越廣泛的關(guān)注。特別是天然高分子官能團豐富、可降解、生物相容、無毒無害等卓越的性能,使其在污水處理、生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域具有巨大的應(yīng)用價值。本文主要采用纖維素、殼聚糖、酪蛋白三種來源廣泛的天然高分子作為原料,采用新型方法分別制備得到了pH敏感型再生纖維素

2、分離膜、力學(xué)性能和耐酸性增強的殼聚糖吸附微珠、聚多糖多層水凝膠以及通過酪蛋白輔助制備得到的多級結(jié)構(gòu)ZnO微球。具體研究結(jié)果如下:
　　 pH敏感型再生纖維素分離膜的制備、表征及應(yīng)用研究將溶解在NaOH/硫脲新型綠色溶劑體系中的纖維素溶液在玻璃基板上流延,再將其浸漬在殼聚糖醋酸稀溶液中凝固再生,成功制備出了纖維素/殼聚糖復(fù)合膜。采用元素分析(EA)、差示掃描量熱法(DSC)和傅里葉變換紅外光譜(FHR)對復(fù)合膜的組成進行了分析,證

3、實了再生纖維素膜中殼聚糖的存在。衰減全反射傅里葉轉(zhuǎn)化紅外光譜(ATR-FTIR)和掃描電鏡(SEM)顯示殼聚糖分布在再生纖維素膜的表面;且與純纖維素膜相比,復(fù)合膜的表面和斷面顯示出更加致密的均勻多孔結(jié)構(gòu),使得復(fù)合膜的機械性能比純的纖維素膜有所提高。另外,利用微型平板膜設(shè)備,對該復(fù)合膜的純水通量和對Cu2+的截留性能進行了測試。結(jié)果顯示,該復(fù)合膜不但保持了較高的純水通量水平;并且由于殼聚糖的引入,賦予了它極高的cu2+截留性能;同時,對C

4、u2+截留性表現(xiàn)出pR敏感性。
　　 力學(xué)性能和耐酸性增強的殼聚糖微珠的制備及表征研究將2 wt％的殼聚糖醋酸水溶液逐滴滴加到0.5wt％的纖維素NaOH/硫脲水溶液中,成功制備出了表面包覆纖維素的殼聚糖微珠。采用X-射線光電子能譜(XPS)對該復(fù)合微珠的表面組成進行了分析,證實了微珠表面纖維素的存在。采用SEM對微珠的表面及截面微觀形貌進行了觀測;結(jié)果顯示,復(fù)合微球表面呈現(xiàn)多孔結(jié)構(gòu),該多孔結(jié)構(gòu)是包覆于殼聚糖微珠表面的再生纖維素

5、涂層的微觀結(jié)構(gòu)。由于微珠的力學(xué)性能難以測試,因此,本部分工作采用相同的方法,制備成復(fù)合殼聚糖膜,進而對其的力學(xué)性能進行了表征;結(jié)果顯示,與純殼聚糖膜相比,復(fù)合殼聚糖膜的力學(xué)性能得到了增強。將殼聚糖微珠浸泡在pH=2的HCI的水溶液中,對其耐酸性進行了檢測;結(jié)果顯示,復(fù)合殼聚糖微珠的耐酸性與純殼聚糖微珠相比,得到了改善。對Fe3+的吸附性能測試結(jié)果顯示,表面涂覆纖維素后,殼聚糖微珠的吸附性能并沒有受到影響。
　　 聚多糖多層水凝膠

6、的制備、表征及應(yīng)用研究利用layer-by-layer(LbL)的方法,將含有交聯(lián)劑的瓊脂糖凝膠核在聚多糖水溶液和交聯(lián)劑溶液中交替、反復(fù)浸漬,成功制備得到了聚多糖多層水凝膠。選用戊二醛和對苯二甲醛作為交聯(lián)劑分別制備出了pH非敏感和pH敏感型殼聚糖多層水凝膠。采用殼聚糖單層水凝膠對殼聚糖多層水凝膠層厚控制因素進行了研究;研究結(jié)果顯示,層厚增長是由交聯(lián)劑在高分子溶液中的擴散過程決定的。按照相同的方法,選用Al3+作為交聯(lián)劑制備出了羧甲基纖維

7、素多層水凝膠。根據(jù)不同交聯(lián)體系的結(jié)果,本部分工作對多層水凝膠形成機理進行了分析。采用SEM對殼聚糖和羧甲基纖維素多層水凝膠微觀結(jié)構(gòu)進行了觀測;結(jié)果顯示,殼聚糖和羧甲基纖維素多層水凝膠中各層均為網(wǎng)絡(luò)大孔結(jié)構(gòu),且殼聚糖水凝膠每一層中又由若干亞膜層組成,其整體呈現(xiàn)多級多層結(jié)構(gòu)。采用不同形狀的凝膠核,能制備出各種形狀的殼聚糖多層水凝膠。pH敏感型殼聚糖多層水凝膠在較低pH介質(zhì)中呈現(xiàn)LbL剝離式溶解過程。另外,將“洋蔥狀”殼聚糖多層水凝膠作為軟骨

8、細胞組織工程支架材料,并采用SEM觀察軟骨細胞在支架上附著和增殖,結(jié)果顯示該材料具有良好的生物相容性。
　　 酪蛋白膠束輔助多級結(jié)構(gòu)ZnO微球制備及表征研究將一定量的酪蛋白溶液、鋅氨溶液以及無水乙醇按一定比例混合,得到的溶液通過水熱法進行反應(yīng),成功制備出了由納米ZnO顆粒組裝而成的多級結(jié)構(gòu)ZnO微球。該微球宏觀尺寸范圍為500 nm-3μm,構(gòu)成它的納米ZnO顆粒尺寸約為30 nm。采用X-射線粉末晶體衍射(XRD)對該多級結(jié)構(gòu)

9、ZnO微球的晶體結(jié)構(gòu)進行了分析,表明其為典型的纖鋅礦晶體結(jié)構(gòu)。通過調(diào)控Zn2+濃度、氨水濃度、酪蛋白濃度以及無水乙醇濃度,對多級結(jié)構(gòu)ZnO微球的制備條件進行了優(yōu)化。通過升高水熱反應(yīng)溫度,多級結(jié)構(gòu)ZnO微球?qū)崿F(xiàn)了從實心到空心的轉(zhuǎn)化,并對空心結(jié)構(gòu)形成機理做出了解釋,認為其是一種典型的奧斯瓦爾德熟化過程。通過對照實驗,研究了酪蛋白、氨水對多級結(jié)構(gòu)ZnO微球形成的貢獻;研究了酪蛋白對ZnO晶體生長的調(diào)控機制。依據(jù)FTIR和熱失重(TG)的結(jié)果,