天然聚多糖接枝聚己内酯的离子液体反应体系的研究

摘要

天然聚多糖凭借其来源广、成本低、可再生、可降解、生物相容性好、无毒环保等优点而受到广泛的关注，如我国特色资源魔芋葡甘聚糖具有优良的亲水性、胶凝性、增稠性、粘滞性、成膜性等多种独特的理化性质，被应用于食品、医药、生物技术、精细化工等行业;目前研究最多的纤维素纳米晶则被是为理想的增强填料而被用于复合改性各种聚合物基质。然而，天然聚多糖表面具有的大量亲水性羟基在赋予其亲水性表面的同时也大大限制了天然聚多糖的应用范围。因此，对天然聚多糖进行表面化学修饰进而在一定程度上实现对其表面性质的调控是十分有必要的而且已逐步成为研究热点之一。室温离子液体作为纤维素的均相绿色非衍生化溶剂已被越来越多的研究者所关注并被用作反应介质针对纤维素进行了一系列的化学修饰，但是针对纳米级纤维素和其他天然聚多糖在室温离子液体的溶解修饰的研究并不多。
　　 本论文本着改善并在一定程度上调控天然聚多糖表面性质的目标，以室温离子液体作为反应介质开展一系列天然聚多糖表面接枝疏水性聚酯化学修饰的研究，使高亲水性易于自聚集的天然聚多糖更广泛地应用于日常生活中。一方面对纤维素微晶和纳米晶表面接枝聚己内酯长链，制备出了表面具有疏水性的接枝产物，可以用于制备综合性能优良的疏水性基质纳米复合材料或作为进一步衍生材料的原料;另一面以室温离子液体作为溶剂和反应介质在我国特色资源魔芋葡甘聚糖表面接枝聚己内酯长链，改善魔芋葡甘聚糖表面的亲水性质，以提高其复合材料的抗水性能，拓展其应用范围。
　　 本论文主要的研究内容如下:
　　 (1)采用室温离子液体氯代1-丁基-3-甲基咪唑([BMIM] Cl)作为魔芋葡甘聚糖的溶剂对魔芋葡甘聚糖进行溶解，结果表明[BMIM]Cl是魔芋葡甘聚糖的绿色非衍生性溶剂。随后，以[BMIM]Cl作为反应介质，基于“graft from”策略以辛酸亚锡作为催化剂采用开环聚合的方法成功在魔芋葡甘聚糖表面接枝聚己内酯长链，而且XRD的结果表明非结晶态的魔芋葡甘聚糖经过离子液体处理后得到的产物依然呈非结晶态，而不会像其他文献针对纤维素报道的溶于离子液体然后再生后形成纳米晶结构。同时，在魔芋葡甘聚糖表面接枝聚己内酯长链以后对其在常规有机介质中的分散性能够有一定的改善。
　　 (2)以离子液体[BMIM]Cl作为商售纤维素微晶的溶剂，并以其为反应介质成功在纤维素微晶表面接枝聚己内酯长链并且保持其针状形貌，但是修饰后的纤维素微晶晶型被证明由Ⅰ型转变为Ⅱ型，而且再生后的纤维素微晶结晶度有所降低，使得它较容易通过酶促反应降解为葡萄糖，这对促进纤维素资源的生物降解具有重要意义。同时探讨了对纤维素微晶在离子液体中的溶解再生机理。
　　 (3)采用硫酸水解的方法从棉短绒中提取纤维素纳米晶，并将其溶解于离子液体[BMIM]Cl中，探索了其溶解机理，并证明[BMIM]Cl是纤维素纳米晶的非衍生化溶剂。然后以[BMIM]Cl作为反应介质成功地在纤维素纳米晶表面接枝聚己内酯长链且保持其针状形貌，只是在尺寸上略有增大。探索了离子液体对纤维素纳米晶晶型结构的影响，证明修饰后的纤维素纳米晶仍呈结晶态，但是晶型由Ⅰ型转变为Ⅱ型。
　　 这些研究成果说明离子液体可以作为分子级和纳米级天然聚多糖的非衍生化绿色溶剂，也可拓展为用作其他纳米级生物质材料化学修饰的理想反应介质。这些成果将不仅拓展离子液体的应用领域，对魔芋葡甘聚糖和聚多糖纳米晶在离子液体中化学修饰的应用提供参考和指导，顺应当前环保材料的发展方向，丰富天然聚多糖在离子液体中的化学修饰方法学。同时本论文中重点探讨了纤维素在离子液体中溶解再生的作用机理以及结晶形态变化，对离子液体在聚多糖纳米晶的溶解和修饰方面的应用有一定的指导作用。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 魔芋葡甘聚糖的性质及表面化学修饰

1．1．1 魔芋葡甘聚糖的基本性质

1．1．2 魔芋葡甘聚糖的化学修饰

1．2 纤维素纳米晶的性质及表面化学修饰

1．2．1 纤维素纳米晶的提取和性质

1．2．2 纤维素纳米晶的表面化学修饰

1．3 室温离子液体在天然聚多糖中的应用

1．3．1 室温离子液体简介及优点

1．3．2 室温离子液体在天然聚多糖中的应用

1．4 课题设计和研究意义

第2章 魔芋葡甘聚糖接枝聚己内酯的制备及其性质研究

2．1 引言

2．2 实验部分

2．2．1 实验原料

2．2．2 魔芋葡甘聚糖接枝聚己内酯的制备

2．2．3 表征方法

2．3 结果与讨论

2．3．1 溶解的作用机理探究

2．3．2 修饰前后魔芋葡甘聚糖的结构

2．3．3 修饰前后魔芋葡甘聚糖结晶性质的研究

2．3．4 修饰前后魔芋葡甘聚糖的分散性

2．4 本章小结

第3章 纤维素微晶接枝聚己内酯的化学修饰及其性质研究

3．1 引言

3．2 实验部分

3．2．1 实验原料

3．2．2 纤维素微晶接枝聚己内酯的制备

3．2．3 表征方法

3．3 结果与讨论

3．3．1 修饰前后纤维素微晶的结构

3．3．2 修饰前后纤维素微晶的形貌

3．3．3 修饰前后纤维素微晶的结晶形态

3．4 本章小结

第4章 纤维素纳米晶接枝聚己内酯的化学修饰及其性质研究

4．1 引言

4．2 实验部分

4．2．1 实验原料

4．2．2 纤维素纳米晶的提取

4．2．3 纤维素纳米晶接枝聚己内酯的制备

4．2．4 表征方法

4．3 结果与讨论

4．3．1 修饰前后纤维素纳米晶的结构

4．3．2 修饰前后纤维素纳米晶的形貌

4．3．3 修饰前后纤维素纳米晶的结晶形态

4．4 本章小结

第5章 结论

致谢

参考文献

攻读学位期间获得与学位论文相关的科研成果目录