探究基于多糖及其改性物的复合材料结构和性能的研究

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1、武汉理工大学硕士学位论文基于多糖及其改性物的复合材料结构和性能的研究姓名：周紫燕申请学位级别：硕士专业：化学工艺指导教师：郑化;黄进20071101武汉珲工大学硕士学位论文中文摘要由于石油资源的日渐枯竭和非可降解高分子材料引起的环境污染日益严重，大力研究和开发以天然高分子为主体的生物质材料势在必行。化学接枝改性和物理共混改性是高分子领域开发新材料简便而有效的途径，是制各高分子合金的主要方法。壳聚糖、甲壳素、淀粉、海藻酸、纤维素等天然多糖以其良好的环境相容性、可再生性及资源丰富等优点而备受关注。同时，壳聚糖的羟基和氨基、甲壳素的羟基和乙酰基

2、、淀粉的羟基、海藻酸的羟基和羧基以及纤维素的羟基，能较容易地经过化学改性官能化或物理改性形成强相互作用力，制备出具有良好生物相容性与性能乃至功能化的复合材料。本论文的创新性点包括：(1)通过作为药物载体和组织工程支架材料的纤维素衍生物物理改性大豆蛋白，制备出具有生物医用潜力和环境友好的复合材料；(2)微波引发开环聚合制各出壳聚糖接枝聚己内酯、甲壳素晶须接枝聚己内酯、淀粉接枝聚己内酯，可用于改性和直接热成型制备出多糖纳米复合材料：(3)通过离子交联的方法制备出具有海藻酸pH响应和大豆蛋白免疫功能的药物靶向释放复合凝胶微球，药物释放性能的研究

3、证明其适于肠和结肠部位的定位释放；(4)通过调控纳米片晶外的PEO链段的长度与大豆蛋白基质作用，制各出性能可控的环糊精(6-CD)／嵌段共聚物(Pluronic)自组装纳米片晶复合大豆蛋白塑料。本论文主要研究内容如下：1．将纤维素衍生物物理改性填充大豆分离蛋白(sPI)制备出生物可降解复合材料，用x-射线衍射(XRD)、差示扫描量热分析(DSC)、扫描电镜(SEM)和拉伸测试进行表征并对纤维素衍生物的种类和添加量对结构和性能的影响进行研究，本实验选用的纤维素衍生物为甲基纤维素(Mc)、羟乙基纤维素(HEC)和羟丙基纤维素(HPC)。在加入

4、少量纤维素衍生物时，在SPI基质中呈单分子分散表现出良好的相容性；随着纤维素衍生物所占比例的增加，形成独立结晶微区，其结构呈现出网状和聚合态。在HEC／SPI和MC／SPI体系中，可以同时达到增强增韧的效果。而添加适量的MC也可以达到增加拉伸强度的效果。2．利用微波辅助开环聚合制备壳聚糖接枝聚己内酯(cP)，复合改性聚己内酯(PCL)，用FTIR、元素分析对接枝共聚物(cP)进行表征，复合材料则通过XRD、武汉理工大学硕士学位论文DSC、动态力学热分析(饼幢A)和拉伸测试进行表征。CP／PCL复合材料的力学性能显示出同步增强、增韧的效果．

5、值得关注的是，CP／PCL复合材料的拉伸强度和伸长率最高可分别达到29．92MPa和1733％，约为纯PcL的2倍和3倍。CP组分促进了复合材料的结晶，但对PCL的相区结构没有明显的影响。同时，接枝PCL链诱导形成了共连续的界面结构并增进了组分间相容性。复合材料内较高的结晶结构和壳聚糖分子链段的刚性赋予了材料更高的强度；而且共连续界面结构和组分间的相容性明显地提高了材料的伸长率。3．利用微波辅助开环聚合制备甲壳素晶须接枝聚己内酯(cWP'。并通过注塑成型制成复合片材，通过FTIR、元素分析、透射电镜(TEM)对接枝共聚物(CP)进行表征，

6、复合材料则通过XRD、接触角、DSC、DMA和拉伸测试进行表征。发现随着反应中己内酯单体对甲壳素晶须质量比的增高，接枝组成也发生变化，接枝率上升，其力学性能也随之明显提高。聚己内酯含量最高的甲壳素晶须接枝聚己内酯片材(PCW-m)的拉伸强度和断裂伸长率达到了29．7MPa和1148．37％。甲壳素晶须上接枝链段的组成影响了复合材料内的结晶结构，结合甲壳素晶须纳米结构所具有的刚性，赋予了材料更高的强度。同时，借助接枝的PCL链形成共连续的界面结构及其诱导组分间优良的相容性，明显地提高了材料的伸长率。甲壳素晶须接枝聚己内酯纳米复合材料中，除甲

7、壳素晶须的刚性链段对其材料基质间的结晶行为产生影响并导致力学性能的提高外，接枝链之间的缠结也影响到材料的力学性能及热力性能。4．利用微波辅助开环聚合制备淀粉接枝聚己内酯(sP)，并通过注塑成型制成片材，用FTIR、元素分析对接枝共聚物(sP)进行表征，复合材料则通过XRD、DSC，DMA和拉伸测试进行表征。发现随着反应中己内酯单体对淀粉质量比的增高，接枝共聚物中淀粉的含量在上升，拉伸强度和断裂伸长率同步提高。淀粉含量最高的淀粉接枝聚己内酯复合片材(Ps．IlI)的拉伸强度和断裂伸长率为20．94MPa和11．39％，分别达到了淀粉含量最低

8、的淀粉聚己内酯复合片材(PS．I)的2和3倍。淀粉上接枝链段的长短影响了复合材料内的结晶结构，结合淀粉分子链段的刚性，赋予了材料更高的强度。同时，借助接枝的PCL链段形成的共连续结构及诱导的组