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魔芋葡甘聚糖复合材料的制备研究

作　者: 戴勋
导　师: 刘昌华
学　校: 西南大学
专　业: 无机化学
关键词: 魔芋葡甘聚糖 4-乙烯基吡啶 木质素 增塑剂
分类号: O631.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
下　载: 195次
引　用: 5次
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内容摘要


在石油、煤炭等化石资源日益减少和非降解合成高分子给人类生态环境造成的污染日益严重的今天,大力研究和开发以天然高分子为主体的新型高分子材料势在必行。在我国南方山区,魔芋是一种大量种植产量巨大价格便宜的农产品,魔芋精粉的主要成分是魔芋葡甘聚糖（konjac glucomannan,简称为KGM）,KGM具有和纤维素类似的结构,但却具有纤维素所不具备的水溶解性,而且KGM分子中含有丰富的羟基及少量的乙酰基团,使其便于通过各种工艺进行改性。本论文的主要研究内容和结论如下:1.通过过二硫酸铵（APS）引发将4-乙烯基吡啶（4-VP）接枝到KGM上,得到了接枝率和接枝效率均比较高的接枝共聚物。通常认为,在水相中过二硫酸铵做引发剂引发乙烯基单体接枝到可溶性多糖不能达到较高的接枝率,然而,通过添加适量的乙醇做为有效的分散剂,4-VP被均匀分散在水相中,避免了相聚集,从而实现了较高的接枝率和接枝效率。当[KGM]=1.00g/L,[APS]=1.00×10-2mol/L,[4-VP]=9.32×10-2mol/L,[H+]=5.00×10-2mol/L,温度为35℃,时间为120min时,接枝率（G%）和接枝效率（E%）分别达到了307.27%和52.75%。通过热重分析和红外光谱分析得到了接枝证据。由热重分析可知,接枝共聚产物比纯KGM自身稳定性要好。初步的吸附实验表明该接枝共聚物可以用作有效的重金属离子吸附剂。2.通过流延法成功制得了性能良好且可以生物降解的木质素/魔芋葡甘聚糖复合膜。通过全衰减反射红外光谱（FIR）、X-衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、热分析（TG,DSC）和力学测试等方法研究了共混膜的结构和性质。结果表明:KGM与木质素的共混在整个组成范围内是相容的;红外光谱分析表明在KGM与木质素间存在强烈的氢键作用;DSC研究表明,随木质素含量的增加,共混膜的结晶熔融温度降低,进一步地证明了KGM与木质素间有好的相容性;热重分析表明,共混膜的热稳定性随木质素含量的增加而增加;拉伸强度（σb）和断裂伸长率（εb）均先随木质素含量的增加而增加,达到一定极值后随之减低,木质素的含量为5%时,拉伸强度（σb）达到最大值70.13Mpa,断裂伸长率（εb）的最大值60.46%。当木质素的含量大于5%时,拉伸强度（σb）和断裂伸长率（εb）均随木质素含量的增加而降低,这可能是因为木质素形成了自己的微区物理交联作用,从而阻碍了有效的物理交联作用,致使共混膜的力学性能减低。实验结果表明适当含量的木质素能同时有效地提高KGM材料的强度和韧性。3.流延法制备了三种不同增塑剂（甘油、山梨醇、柠檬酸）增塑的魔芋葡甘聚糖膜,通过X-衍射、DSC和力学性能测试,研究了三种增塑剂对魔芋葡甘聚糖膜增塑性能的影响。研究表明:随着增塑剂的加入,玻璃化转变温度（Tg）随之降低;在相同增塑剂含量时,玻璃化温度降低程度:柠檬酸＞山梨醇＞甘油,即柠檬酸的增塑性能＞山梨醇的增塑性能＞甘油的增塑性能。在分别添加25%的甘油、山梨醇、柠檬酸后,膜的断裂伸长率（εb）分别比纯魔芋葡甘聚糖膜增大了57.36%、72.28%、44.99%,相应地拉伸强度（σb）分别下降了48.43%、44.58%、16.42%。即甘油、山梨醇、柠檬酸均能提高魔芋膜的断裂伸长率（εb）,降低拉伸强度（σb）。但由于三种增塑剂的性质的不同,对膜的增塑性能不同。综合考虑,柠檬酸做为增塑剂既能比较好地提高魔芋膜的断裂伸长率,又对魇芋葡甘聚糖膜的拉伸强度的影响较小,比甘油和山梨醇做为增塑剂要有一定优势。

全文目录


摘要  5-7
ABSTRACT  7-9
第1章 综述  9-23
  1.1 生物降解高分子材料  9-14
    1.1.1 生物降解高分子材料的分类  9-12
    1.1.2 生物降解高分子材料的应用  12-14
  1.2 魔芋葡甘聚糖及其应用  14-18
    1.2.1 KGM的化学结构和性质  14-15
    1.2.2 魔芋葡甘聚糖改性研究进展  15-17
    1.2.3 魔芋葡甘聚糖应用研究进展  17-18
  1.3 本文选题思想  18-19
  参考文献  19-23
第2章 以过二硫酸铵为引发剂魔芋葡甘聚糖接枝4-乙烯基吡啶吸附剂的制备  23-33
  2.1 引言  23
  2.2 实验部分  23-25
    2.2.1 主要试剂及原料  23-24
    2.2.2 接枝共聚  24
    2.2.3 热分析  24
    2.2.4 红外分析  24
    2.2.5 对重金属离子的吸附  24-25
  2.3 结果与讨论  25-28
    2.3.1 过二硫酸铵浓度的影响  25
    2.3.2 氢离子的影响  25-26
    2.3.3 单体对KGM比率的影响  26-27
    2.3.4 温度的影响  27-28
    2.3.5 时间的影响  28
  2.4 接枝证据  28-30
    2.4.1 热重分析  28-29
    2.4.2 红外光谱分析  29-30
  2.5 对重金属离子的吸附  30
  2.6 结论  30-31
  参考文献  31-33
第3章 可降解高性能魔芋葡甘聚糖-木质素共混膜的制备  33-42
  3.1 引言  33
  3.2 实验部分  33-34
    3.2.1 主要试剂及原料  33-34
    3.2.2 膜的制备  34
    3.2.3 膜结构表征及性能测试  34
  3.3 结果与讨论  34-39
    3.3.1 共混膜的表面形态分析  34-35
    3.3.2 共混膜的XRD分析  35-36
    3.3.3 木质素与KGM相互作用的IR分析  36-37
    3.3.4 木质素含量对共混膜的热力学稳定性的影响  37-39
    3.3.5 木质素含量对共混膜的力学性能的影响  39
  3.4 结论  39-40
  参考文献  40-42
第4章 不同增塑剂对魔芋葡甘聚糖膜增塑性能的影响  42-49
  4.1 引言  42
  4.2 材料和制备方法  42-43
    4.2.1 材料  42
    4.2.2 膜的制备  42-43
    4.2.3 膜结构表征及性能测试  43
  4.3 结果与讨论  43-47
    4.3.1 共混膜的XRD分析  43-44
    4.3.2 共混膜的DSC分析  44-45
    4.3.3 不同增塑剂对魔芋膜的拉伸强度(σ_b)影响  45-46
    4.3.4 不同增塑剂对魔芋膜的断裂伸长率(ε_b)影响  46-47
  4.4 结论  47
  参考文献  47-49
部分相关论文题录  49-50
致谢  50

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中图分类: > 数理科学和化学 > 化学 > 高分子化学（高聚物） > 高分子物理和高分子物理化学 > 高聚物的化学性质
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