胶原纤维基杂化材料的制备及其性能研究

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1、密级：公开中图分类号：TQ341.5硕士学位论文胶原纤维基杂化材料的制备及其性能研究研究生：周杰导师：周虎教授学科：化学工艺研究方向：高分子材料2018年6月AThesisSubmittedfortheDegreeofMasterPreparationofcollagenfiberbasedhybridmaterialsandtheirpropertiesCandidate：ZhouJieSupervisorandRank：ZhouHuProfessor胶原纤维基杂化材料的制备及其性能研究学位类型学术型学位作者姓名周杰作者学号15010602005学科（专业学位类别)化学工程与技术研究方向（专

2、业领域)高分子材料导师姓名及职称周虎教授实践导师姓名及职称所在学院化学化工学院论文提交日期2018年6月学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名：日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权湖南科技大学可以

3、将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。涉密论文按学校规定处理。作者签名：日期：年月日导师签名：日期：年月日摘要胶原纤维是自然界含量丰富的天然线性高分子材料，具有良好的生物降解性、生物相容性、低抗原性和低细胞毒性等，已在食品、医药、化妆品、吸附分离等领域显示了广阔的应用前景。目前，胶原纤维的改性技术主要有接枝改性和无机杂化改性等。然而，由于受到接枝单体和接枝技术的限制以及无机杂化改性时无机颗粒容易团聚的缺陷，胶原纤维的开发与功能应用受到了严重的影响。本论文运用有机-无机原位杂化技术，利2++用胶原纤维表面富含的-COOH、-C

4、ONH-、-CONH2、-NH2等活性基团对Ba、Ag等金属离子的高效吸附特性，探索了胶原纤维基杂化材料制备的新方法；系统研究了胶原纤维/硫酸钡杂化材料和胶原纤维/银盐杂化材料的微观结构、杂化机理和基本性能；研究了胶原纤维/硫酸钡杂化材料的游离脂肪酸吸附性能以及胶原纤维/银盐原位杂化材料的光催化性能，完善了有机-无机原位杂化技术改性胶原纤维的基本理论。论文主要取得了以下具体研究结果：通过有机-无机原位杂化技术，硫酸钡颗粒被成功引入到胶原纤维中，从而改善了胶原纤维的诸多性能。本论文对胶原纤维/硫酸钡杂化材料的微观形貌、杂化机理和热稳定性进行了研究，并测试了对游离脂肪酸的吸附性能。扫描电镜（SEM

5、）观察显示，原位生成的硫酸钡颗粒在胶原纤维表面分布均匀，颗粒尺寸随氯化钡浓度的增大而减小。当氯化钡浓度为0.5wt%时，硫酸钡颗粒呈纺锤形，长约5μm；随着氯化钡浓度进一步增大，在氯化钡浓度为1.5wt%时，硫酸钡由晶形沉淀变为无定形沉淀。傅立叶红外光谱（FTIR）分析表明胶原纤维和硫酸钡颗粒之间存在氢键作用。胶原纤维中酰胺I带-1-1-1（1646cm，C=O的伸缩振动）、酰胺II带（1638cm，N-H的弯曲振动；1447cm，-1C-N的伸缩振动）和酰胺III带（1238cm）等酰胺吸收带在红外谱图中较为明显。热重分析（TG）显示胶原纤维经过改性后热降解温度从265.6℃提高到了285.

6、1℃，说明改性后的胶原纤维具有更好的热稳定性。吸水性实验说明，硫酸钡的原位生成降低了胶原纤维的吸水性。胶原纤维/硫酸钡杂化材料的吸附实验表明杂化材料对游离脂肪酸具有良好的吸附性能。杂化材料的吸附性能一定程度上随硫酸钡的含量的增大而增强，同时，吸附性能还与硫酸钡的晶形有关，晶形沉淀的吸附能力比无定形沉淀更强。+为了进一步扩大胶原纤维的应用领域，本论文利用了胶原纤维对Ag的高效吸附性能，通过氯化银、乙酸银、钼酸银、钨酸银和磷酸银等银盐颗粒的原位生成改性胶原纤维，使其获得可见光和紫外光同时响应的光催化活性。分别对胶原纤维/银盐杂化材料的微观形貌、化学结构和组成、光催化活性及抗菌性能进行了研究。扫描电

7、镜观察显示银盐颗粒沿胶原纤维表面均匀分布，尺寸为300～500nm，银盐原位生成后仍保留了胶原纤维多孔的网状结构。X-射线衍射仪（XRD）和傅立叶红外光谱分析证明了各种银盐的成功负载。胶原纤维/银盐杂化材料的光催化性能通过在紫外光和可见光下降解甲基橙的-i-活性进行评估，结果显示胶原纤维/氯化银杂化材料在紫外光和可见光照射下的光催化效果均为最好。0.1g杂化材料在100mL的甲基橙溶液（10mg/