利用废弃棉织物绿色制备纳米原纤化纤维素及其在水凝胶中的应用

摘要

纳米原纤化纤维素（Nanofibrillated cellulose，NFC）不仅具有原料来源广、可再生、可降解、无毒的特点，还具有优异阻隔性能、力学性能及胶体性能，在造纸、复合材料、包装、涂料、生物医药、汽车等领域具有应用潜力。近年来，随着人们环保意识的不断增强，废弃物综合利用及绿色高效的制备方法越发受到重视。废弃棉织物来源广泛、价格低廉、富含纤维素，有望成为制备NFC等高值化产品的潜在原料。基于此，本论文以废弃棉织物为原料，选用绿色高效的方法制备NFC，既保护环境，又得到高附加值的产品，在一定程度上拓宽了制备NFC的原料来源，为NFC的绿色高效制备提供了新思路，具有一定理论意义和应用价值。　　首先，本论文以工业废弃棉织物为原料，采用低共熔溶剂(DES)预处理结合球磨处理的工艺制备了NFC，主要探究了NFC的制备工艺，适合的主要工艺为:DES预处理温度110℃，预处理时间3h，球磨时间16h，NFC的得率达49.7％。SEM结果显示，该工艺制备的NFC样品的直径为30～60nm，长度为1～2μm，平均粒径为953nm。当球磨时间继续增加，样品得率提升缓慢，直径不再变化，长度变小，粒径分布更加均匀。FT-IR、XRD分析结果表明，DES预处理和球磨处理对NFC的晶体结构影响较小。XRD、TG分析结果显示，延长预处理时间、提高预处理温度会使NFC样品的结晶度和热稳定性下降。　　其次，以海藻酸钠(SA)、壳聚糖(CS)聚电解质为主要原料，以NFC为增强相，制备了SA/CS/NFC高性能复合水凝胶，探讨了SA、CS质量比对聚离子SA/CS复合水凝胶性能的影响。研究发现，随着SNCS质量比的增加，SA、CS反应的离子数也随之增加，水凝胶的储能模量、损耗模量、复合粘度均呈现先上升后下降的趋势。当质量比为5∶4时（对应离子的比例约1∶1），水凝胶的力学性能达到最大值;当质量比为5∶5时，水凝胶的溶胀性能最好。随着NFC添加量的持续增加，水凝胶的储能模量、损耗模量、复合粘度均呈现先上升后下降的趋势，孔隙率变化较小，溶胀性能不断减弱。其中，1％NFC的添加对水凝胶的增强效果较为明显。　　最后，利用SA/CS/NFC复合水凝胶负载吲哚美辛(IND)药物，对复合水凝胶的pH响应性能及其在模拟人体胃肠液中的缓释行为进行了探究。结果表明，SA/CA复合水凝胶在不同pH的缓冲液中呈现了不同的溶胀性能，证明SA/CA复合水凝胶具有一定的pH响应性能。另外，NFC的添加对水凝胶的pH响应性能和载药量影响较小，但在一定程度上降低了水凝胶的溶胀率。SA/CS/NFC复合水凝胶在模拟人体胃肠液中表现出良好的缓释效果，释放时间为12～24h;并且，改变NFC的添加量，IND的释放量和释放速率发生明显变化。药物释放机理表明，IND在模拟胃液中的释放符合零级释药模型，在模拟肠液中符合R-P模型。因此，研究结果证实SA/CS/NFC水凝胶具有作为药物载体的潜力。

目录

声明

摘要

第一章绪论

1．1引言

1．2纳米原纤化纤维素(NFC)

1．2．1纳米原纤化纤维素的简介

1．2．2纳米原纤化纤维素的制备及预处理

1．2．3纳米原纤化纤维素的研究进展和应用前景

1．3低共熔溶剂在制备纳米纤维素中的应用

1．3．1低共熔溶剂的简介

1．3．2低共熔溶剂在制备纳米纤维素方面的研究进展

1．4．1水凝胶的概述

1．4．2海藻酸钠／壳聚糖基水凝胶的制备进展

1．5废弃棉织物

1．5．1废弃棉织物的回收利用现状

1．5．2废弃棉织物回收利用的意义

1．6论文的目的、意义及主要研究内容

1．6．1研究目的、意义

1．6．2论文的主要研究内容

第二章从废弃棉织物中提取纳米原纤化纤维素的绿色工艺探讨

2．1前言

2．2实验原料和设备

2．2．1实验原料与试剂

2．2．2实验主要仪器设备

2．2．3从废弃棉织物中提取NFC的实验方案

2．2．4 NFC的表征

2．3实验结果与讨论

2．3．1 NFC的制备工艺优化

2．3．2 NFC的微观形貌分析

2．3．3 NFC的粒径分析

2．3．4 NFC的傅里叶变换红外光谱图分析

2．3．5 NFC的x射线衍射图谱分析

2．3．6 NFC的热重分析

2．4本章小结

第三章NFC增强海藻酸钠／壳聚糖聚离子复合水凝胶的制备及性能研究

3．1前言

3．2实验原料和设备

3．2．1实验原料与试剂

3．2．2实验主要仪器设备

3．2．3 NFC增强的聚离子复合水凝胶的实验方案

3．2．4复合水凝胶的性能研究

3．3实验结果与讨论

3．3．1流变性能

3．3．2扫描电镜图片分析

3．3．3傅里叶变换红外光谱分析

3．3．4孔隙率

3．3．5溶胀性能

3．4本章小结

第四章SA／CS／NFC复合水凝胶对吲哚美辛的缓释行为探究

4．1前言

4．2实验原料和设备

4．2．1实验原料与试剂

4．3实验方法

4．3．1 SA／CS／NFC复合水凝胶的制备

4．3．2吲哚美辛负载SA／CS／NFC复合水凝胶的制备

4．3．3缓冲溶液的配置

4．3．4 SA／CS／NFC复合水凝胶的pH响应性能

4．3．5吲哚美辛标准曲线的绘制

4．3．6吲哚美辛的载药量

4．3．7不同IND吸附浓度对缓释的影响

4．3．8 NFC添加量对缓释的影响

4．3．9药物释放机理

4．4实验结果与讨论

4．4．1吲哚美辛标准曲线绘制

4．4．2 SA／CS／NFC复合水凝胶的pH响应性能

4．4．3复合水凝胶的载药量

4．4．4不同IND吸附浓度对缓释的影响

4．4．5 NFC添加量对缓释的影响

4．4．6药物释放机理

4．5本章小结

第五章结论与展望

5．1结论

5．2展望与建议

参考文献

攻读硕士期间取得的学术成果

致谢