天然胶黏剂骨胶的改性及其性能研究

摘要

骨胶来源于胶原蛋白，是一种可降解的天然高分子，是环境友好型胶粘材料，溶于水后具有非常高的粘接强度。环境或溶剂的改变容易导致骨胶分子构象，甚至结构的改变。此外，骨胶分子上有多种活性基团，其中侧链上的赖氨酸ε-氨基活性较高，能与多种物质进行反应。本文针对骨胶的表观黏度受环境影响较大、力学性能与疏水性能较差、贮存期短等缺点，研究了骨胶的水解性能，小分子物质对骨胶的修饰、改性作用，以及骨胶与蒙脱土的吸附、插层复合作用，主要研究内容和结果如下。
　　 本文从研究骨胶的流变性及水解规律入手。采用旋转黏度计、动态流变仪、紫外可见光谱、Zeta电位分析仪、十二烷基硫酸钠-聚丙烯酰胺凝胶电泳(SDS-PAGE)与凝胶渗透色谱(GPC)对骨胶的水解作用进行了测试与表征。研究了剪切速率、温度、作用时间及pH值等因素对骨胶性能的影响，并以此为基础讨论了各因素对骨胶水解作用的影响。结果表明：随浓度、温度和时间增加，水解度增幅小于1％，但在强酸或强碱环境中其水解度大于6％；骨胶等电点(IEP)在酸性环境下骨胶为8.17，碱性环境下为4.78；透光率在骨胶IEP处最差，升高或降低pH值都有利于透光率的升高；水解后骨胶的分子量从20～25万降至4.5万左右，分布略窄。
　　 研究了乙醇、脲、乙酸酐及戊二醛对骨胶的改性作用。采用傅立叶红外光谱(FTIR)、紫外可见光谱、荧光光谱、热失重分析(TGA)、扫描电镜(SEM)及拉伸剪切强度试验等方法对改性骨胶的结构与性能进行了表征。进一步研究了小分子浓度、反应温度、反应时间以及pH值等因素对骨胶改性的影响。结果表明：乙醇的变性作用使骨胶开胶时间延长了7倍；脲变性作用使骨胶的疏水值在脲浓度为2mol/L时达最大，热稳定性下降；酰化作用能够增强骨胶的韧性，改善骨胶的疏水性；戊二醛改性后骨胶的拉伸剪切强度是改性前的3倍，玻璃化转变温度（Tg）提高了6℃。
　　 在上述工作的基础上，又研究了骨胶与蒙脱土的吸附及插层作用。采用紫外可见光谱、粒度分析仪、多媒体显微镜、X-射线衍射(XRD)、TGA、SEM等测试方法对该吸附及插层作用进行了分析与表征。考察了骨胶质量分数、作用温度、作用时间、超声功率、分散介质、离子强度、pH值等因素对吸附作用或插层作用的影响，确定了最佳的吸附条件和插层工艺。结果表明：蒙脱土对骨胶有良好的吸附性能，吸附后粒径增大了许多倍；骨胶与蒙脱土插层复合后，衍射峰的强度变弱，蒙脱土的层间距增大，插层结构形成；插层后骨胶的韧性得到增强，热稳定性得到改善。