明胶与改性明胶吸附/解吸水分的动力学研究

摘要

明胶及其复合材料在生产、保存及使用的过程中，往往会处于不同湿度的环境中。在环境湿度发生变化时，明胶及其复合材料会吸附环境中的水分或向环境中释放水分，使其中水分的含量和分布发生改变。明胶及其复合材料中的水分有明显的增塑作用，其内部水分含量和分布的变化会直接影响到其结构与性能。因此，研究明胶及改性明胶的水分吸附/解吸动力学具有十分重要的理论意义与应用价值。
　　 本文采用静态重量法研究了相对湿度对明胶薄膜试样吸附/解吸水分动力学的影响。分别采用Lagergren一级速率模型、二级速率模型及颗粒内扩散模型对其吸附/解吸水分的动力学进行了拟合分析。结果表明，虽然一级速率模型和二级速率模型都可用于描述其吸附/解吸水分的动力学行为，但二级速率模型的拟合效果更好，说明明胶的吸附/解吸水分的过程可能存在有化学吸附，且二级动力学模型可用来计算明胶试样的平衡吸附水分量Me和平衡解吸水分量Md。颗粒内扩散模型的拟合分析结果表明，明胶吸附/解吸水分的过程可分为三个阶段：第一阶段受外部膜扩散的控制，水分吸附/解吸速率非常快；第二阶段受颗粒内扩散因素影响，水分吸附/解吸速率变得平缓；第三阶段为明胶的吸附/解吸平衡状态。
　　 未改性明胶材料具有断裂应变小、力学性能差等缺点，限制了其广泛的应用。为弥补这些缺点，通常需要对明胶材料进行改性以提高其机械性能。本文采用铬粉、戊二醛和坚木栲胶对明胶进行改性，分别得到了铬粉改性明胶薄膜试样、戊二醛改性明胶薄膜试样和坚木栲胶改性明胶薄膜试样。对这些试样吸附/解吸水分的动力学研究发现，在不同环境相对湿度和改性剂用量的条件下，Lagergren一级速率模型和二级速率模型都可较好地描述改性明胶吸附/解吸水分的动力学行为。环境相对湿度较低时，Lagergren一级速率模型的拟合效果较好；环境相对湿度较高时，二级速率模型的拟合效果较好。对这些试样的解吸水分动力学的分析结果表明，二级速率模型的描述效果非常好，决定系数r22均在0.9990以上。

目录

文摘

英文文摘

1 概述

1.1 前言

1.2 明胶的提取及应用

1.2.1 明胶的提取

1.2.2 明胶的应用

1.3 国内外研究现状

1.3.1 明胶的化学改性

1.3.2 气体的吸附/解吸

1.4 本课题的研究意义及创新点

2 实验部分

2.1 实验原料及设备

2.1.1 实验原料

2.1.2 实验设备

2.2 实验内容及方法

2.2.1 明胶薄膜试样的制备

2.2.2 铬粉改性明胶薄膜试样的制备

2.2.3 戊二醛改性明胶薄膜试样的制备

2.2.4 坚木栲胶改性明胶薄膜试样的制备

2.2.5 吸附动力学研究

2.2.6 解吸动力学研究

3 结果与讨论

3.1 明胶的水分吸附/解吸动力学

3.1.1 明胶的水分吸附动力学

3.1.2 明胶的水分解吸动力学

3.1.3 小结

3.2 铬粉改性明胶的水分吸附/解吸动力学

3.2.1 铬粉改性明胶的水分吸附动力学

3.2.2 铬粉改性明胶的水分解吸动力学

3.2.3 小结

3.3 戊二醛改性明胶的水分吸附/解吸动力学

3.3.1 戊二醛改性明胶的水分吸附动力学

3.3.2 戊二醛改性明胶的水分解吸动力学

3.3.3 小结

3.4 坚木栲胶改性明胶的水分吸附/解吸动力学

3.4.1 坚木栲胶改性明胶的水分吸附动力学

3.4.2 坚木栲胶改性明胶的水分解吸动力学

3.4.3 小结

4 结论

参考文献

个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果

致谢