基于魔芋葡甘聚糖的功能材料的研究.pdf

1、本論文以來源廣泛、生物相容性好和生物降解性好的天然多糖-魔芋葡甘聚糖(KGM)為主要原料，采用醚化反應(yīng)、接枝共聚反應(yīng)、酯化反應(yīng)、光化學(xué)還原反應(yīng)及共混等手段制備了六種KGM基功能材料，并系統(tǒng)研究了所得材料的結(jié)構(gòu)、相關(guān)性能與應(yīng)用。本研究可以充分利用武陵地區(qū)豐富的魔芋資源、拓寬魔芋葡甘聚糖的研究范圍、進(jìn)一步提高產(chǎn)品的附加值。本論文包括以下六個方面的工作：
　?。?）以2,3-環(huán)氧丙基三甲基氯化銨為陽離子化試劑，采用干法合成了季銨鹽陽離子

2、型KGM。通過考察體系含水量、堿用量、反應(yīng)溫度、反應(yīng)時間等對取代度(DS)的影響，得出了最佳制備條件，其DS為0.42。用紅外光譜（FTIR）、掃描電鏡（SEM）與熱重分析儀（TGA）等對改性產(chǎn)物進(jìn)行了表征以確認(rèn)季銨鹽陽離子基團(tuán)已成功引入到KGM分子中。此外，選用1.0％高嶺土懸浮液作研究對象，通過考察絮凝劑用量、pH值、鹽濃度、溫度、沉降時間等因素對該產(chǎn)物的絮凝效果進(jìn)行了評估，在一定條件下，絮凝劑效率可達(dá)到95%。結(jié)果顯示該陽離子型K

3、GM有望作為一種性能優(yōu)異的水處理絮凝劑。
　?。?）以KGM為接枝基體，丙烯酸(AA)與丙烯酰胺(AM)分別為陰離子型和非離子型接枝單體，N,N'-亞甲基雙丙烯酰胺(MBAM)為交聯(lián)劑、K2S2O8為引發(fā)劑，在水溶液中用自由基聚合的方法制備了KGM/AA/AM接枝共聚物：KGM-g-(PAA-co-PAM)?？疾炝私宦?lián)劑用量、引發(fā)劑用量、單體用量、單體配比、中和度、反應(yīng)溫度與時間等因素對接枝共聚物的吸水性能的影響。在最佳制備條件下

4、，產(chǎn)物吸蒸餾水為650g/g。用FTIR、SEM、TGA等手段對接枝共聚物的結(jié)構(gòu)予以表征。考察了在恒溫條件下產(chǎn)物的保水性能與抗鹽性能。此外，還研究了該吸水劑作為土壤保水劑的保水性能，并對該保水劑對土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)分布的影響予以了考察。結(jié)果表明該產(chǎn)物有望作為一種新型保水材料用于土壤的保墑。
　?。?）以KGM為接枝基體，AA和三甲基烯丙基氯化銨(TMAAC)分別為陰離子型和陽離子型接枝單體，MBAM為交聯(lián)劑，K2S2O8為引發(fā)劑，通過自

5、由基聚合的方法制備了一種新型KGM基兩性聚電解質(zhì)水凝膠：KGM-g-(PAA-co-PTMAAC)。用FTIR、SEM、TGA等手段對接枝共聚物的結(jié)構(gòu)予以確認(rèn)。考察了反應(yīng)條件對產(chǎn)物吸液性能的影響。在最優(yōu)反應(yīng)條件下所得產(chǎn)品的吸蒸餾水為550g/g。考察了外部溶液pH值對接枝共聚物的吸液性能的影響，結(jié)果顯示，隨著pH值的變化，兩性聚電解質(zhì)的吸液率分別在酸性和堿性條件下各出現(xiàn)一個極大值，而在等電點附近產(chǎn)物的吸液率相對較低。這些結(jié)果表明，與傳統(tǒng)

6、的聚AA基水凝膠不一樣，KGM-g-(PAA-co-PTMAAC)表現(xiàn)出獨特的pH敏感性。此外，還考察了在不同pH值下，電解質(zhì)NaCl濃度對其吸水率的影響。
　?。?）以KGM為底物，濃H2SO4為催化劑，發(fā)煙HNO3為改性劑，制備了高取代度的KGM硝酸酯(KGMN)?？疾炝酥苽錀l件對產(chǎn)物取代度(DS)的影響，在最佳條件下所得產(chǎn)物的DS為2.63。FTIR圖譜顯示，-NO2已成功引入到KGM分子中；SEM照片表明，KGMN的表觀形

7、貌變?yōu)槭杷尚鯛?，這與-NO2基的引入導(dǎo)致其疏水性增強(qiáng)有關(guān)；TGA測試表明，KGMN的熱穩(wěn)定性與KGM相比明顯下降，且DS越高，下降程度越顯著，更為重要的是KGMN具有瞬間燃燒爆炸的熱學(xué)特性。本研究結(jié)果初步表明，KGMN有望作為一種新型環(huán)保含能材料應(yīng)用于相關(guān)領(lǐng)域。
　?。?）用光化學(xué)還原方法，在KGM溶膠中內(nèi)原位還原Ag+制得KGM/Ag納米復(fù)合物。用FTIR、透射電鏡（TEM）、TGA及差示掃描量熱法(DSC)等測試技術(shù)對其進(jìn)行了

8、表征。FTIR表明，在銀納米粒子的作用下，KGM的某些特征吸收峰的強(qiáng)度和波數(shù)有明顯地改變，隨著反應(yīng)物濃度的增大，O-H鍵伸縮振動及C-O-(H)伸縮振動吸收峰的寬度變寬；隨著光還原時間的增加，O-H鍵伸縮振動及C-O-(H)伸縮振動吸收峰則向高波數(shù)方向移動。而從TEM照片可看出，在KGM膜內(nèi)，納米Ag分別呈球形（粒徑10-30nm）或有規(guī)則的星形（邊長在20nm左右），結(jié)果顯示納米Ag的形貌與聚集狀態(tài)與制備條件有關(guān)。KGM膜與KGM/A

9、g復(fù)合膜的熱學(xué)性能與力學(xué)性能明顯不同。此外，對KGM與Ag粒子的作用機(jī)理進(jìn)行了初步探討。
　?。?）用納米TiO2為原料，以KGM為基體，采用共混法制得KGM/TiO2納米復(fù)合物。通過FTIR、TGA、TEM等手段對該復(fù)合物進(jìn)行了表征。結(jié)果表明：由于納米TiO2粒子的引入，KGM分子FTIR的某些特征峰的波數(shù)發(fā)生明顯變化；納米TiO2在復(fù)合物中的分散性較好;復(fù)合材料的熱穩(wěn)定性高于KGM薄膜；復(fù)合材料的力學(xué)性能有所提高。此外，抗菌實