漆酶/TEMPO氧化纤维素接枝壳聚糖制备生物活性纤维的研究

摘要

研究通过一种绿色、无污染的生物和化学方法对天然棉纤维进行改性，制备出纤维素衍生物来扩大纤维素的应用价值和领域。首先使用漆酶/TEMPO催化体系对天然棉纤维进行选择性催化氧化，将纤维素C-6上的伯羟基氧化成醛基，其次利用席夫碱反应将壳聚糖接枝到改性后的棉纤维上，使棉纤维与壳聚糖通过化学键结合在一起，形成一种具有席夫碱结构的新型功能材料。这种新型材料不仅具备天然纤维素的特性，而且具备了壳聚糖的特性，同时还增加了席夫碱的特性。 通过实验对氧化反应条件、接枝产物的表征及接枝产物的性能三个方面进行了研究。首先研究了漆酶/TEMPO催化体系氧化纤维素过程中TEMPO浓度和氧化时间对醛基含量的影响，确定了醛基最大量时的反应条件:浆浓为1％时，TEMPO浓度为40mmol/L，反应时间为12h。其次，通过红外光谱(FT-IR)、扫描电镜(SEM)、扫描电镜-X-射线能谱法(SEM-EDXA)、X射线衍射法(XRD)和热重分析(TGA)对氧化棉纤维和接枝产物的表面和结构进行了表征。表征结果显示:接枝产物红外光谱上1637cm-1处出现了一个新的吸收峰，是-C=N-的伸缩振动，这是席夫碱的特征官能团，表明壳聚糖上-NH2和氧化纤维素上的-CHO发生了席夫碱反应，形成了新的化学键;扫描电镜观察发现，氧化棉纤维表面发生了较明显的刻蚀迹象，接枝产物表现出独特的表面形态，表面附着的小颗粒物质较明显，并用扫描电镜-X-射线能谱法对表面附着的小颗粒物质进行元素分析，均检测到了N元素，表明壳聚糖接枝到了棉纤维上了;XRD分析说明了与棉纤维比较，氧化棉纤维的结晶度上升了，而接枝产物的结晶度下降了;热重分析说明接枝产物的热稳定性相对于棉纤维而言略有下降。同时，通过对N含量的检测，得出了接枝产物中壳聚糖的含量，探索了席夫碱反应的最佳条件:反应温度为80℃，反应时间为3h。最后，对接枝产物的抗菌性能和抗氧化性能进行了研究，探索接枝产物的应用领域。抗菌实验发现接枝产物对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌均具备较好的抗菌性能，对金黄色葡萄球菌的作用效果略差于大肠杆菌的作用效果。抗氧化实验表明接枝产物具备较好的抗氧化性能。这些性能说明，席夫碱接枝产物在造纸、医疗、纺织、日化、包装等领域具有很高的应用价值。

目录

声明

摘要

1 前言

1．1抗菌纤维的研究进展

1．1．1抗菌纤维及纤维素概述

1．1．2纤维素选择性氧化概述

1．1．3氧化纤维素的应用

1．2抗菌剂的概述

1．2．1有机抗菌剂

1．2．2无机抗菌剂

1．2．3天然抗菌剂

1．3．1壳聚糖的概述

1．3．2壳聚糖的结构及特性

1．3．3壳聚糖的应用

1．4席夫碱概述

1．4．1席夫碱反应的机理

1．4．2席夫碱的性质及应用

1．5．1研究内容

1．5．2研究目的及意义

2实验材料与方法

2．1．1实验原料

2．1．2实验药品

2．1．3实验仪器和设备

2．2实验工艺

2．2．1漆酶／TEMPO氧化体系氧化纤维素

2．2．2壳聚糖与氧化纤维素的席夫碱反应

2．3．1羧基含量的测定方法

2．3．2醛基含量的测定方法

2．4接枝产物的茚三酮显色定性检测

2．5红外光谱分析(FTIR分析)

2．7．2席夫碱反应温度对N含量的影响

2．7．3席夫碱反应时间对N含量的影响

2．8聚集态分析(XI①分析)

2．9接枝产物的热重分析(TGA分析)

2．10．2低聚壳聚糖抗菌性能测试

2．11．1配置ABTS+·储存液

2．11．2抗氧化性能测试

3结果与讨论

3．1漆酶／TEMPO催化体系氧化纤维素纤维的研究

3．1．1漆酶／TEMPO催化氧化体系氧化机理

3．1．2 TEMPO浓度对氧化纤维素羧基与醛基含量的影响

3．1．3反应时间对氧化纤维素羧基与醛基含量的影响

3．2红外光谱分析(FTIR)

3．3接枝产物的茚三酮显色定性检测

3．4扫描电镜分析(SEM)

3．5壳聚糖与氧化纤维素的作用机理

3．6接枝产物中壳聚糖含量的检测分析

3．6．1接枝产物中壳聚糖含量分析

3．6．2不同分子量的壳聚糖接枝氧化纤维素接枝率分析

3．6．3席夫碱的反应温度对壳聚糖接枝氧化纤维素接枝率影响分析

3．6．4席夫碱的反应时间长短对壳聚糖接枝氧化纤维素接枝率影响分析

3．7接枝产物反应前后的X-射线衍射分析(XRD)

3．8棉纤维及接枝产物的热重分析(TGA分析)

3．9接枝产物的抗菌性能分析

3．9．1低聚壳聚糖的抗菌性能

3．9．2接枝产物抗菌性能

3．10接枝产物抗氧化性能分析

4结论

5 展望

参考文献

7攻读硕士学位期间论文发表情况

致谢