松香改性羟丙基壳聚糖的制备及性能研究

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非离子型表面活性剂在水溶液中稳定性高,不易受电解质和pH的影响,比一般的离子型表面性活性剂性能更加优越,有较好的乳化、增溶和分散等性能。本课题研究了以天然松香和壳聚糖(CS)为原料制备松香改性羟丙基壳聚糖,并考察了产物的性质,具体涉及以下3方面内容:(1)羟丙基壳聚糖(HPCS)的制备及其条件优化;(2)脱氢枞基缩水甘油醚(DAGE)接枝羟丙基壳聚糖(DAGE-g-HPCS)的制备及其性能研究;(3)脱氢枞酸缩水甘油酯(GDHA)接枝羟丙基壳聚糖(GDHA-g-HPCS)的制备及其性能研究。在HPCS的制备及其条件优化部分,主要考察了通过碱化后的壳聚糖与环氧丙烷进行反应制备HPCS的工艺及其影响因素,并用FT-IR和1H NMR表征了产物结构,元素分析法测定HPCS的取代度;同时,以HPCS的取代度为基准,通过四因素三水平正交实验法优化了HPCS的制备条件,并研究了HPCS的水溶性与取代度(DS)间的关系。结果表明,用于壳聚糖碱化时NaOH溶液的浓度、环氧丙烷与糖单元的物料比、羟丙基化反应的温度和时间都能影响HPCS的取代度,且其影响顺序为:壳聚糖碱化时NaOH溶液的浓度>羟丙基化反应温度>环氧丙烷与糖单元的物料比>羟丙基化反应时间;优化的条件为:壳聚糖碱化时NaOH的浓度为30.0%,环氧丙烷与糖单元的物料比为20:1,羟丙基化反应时间为36.0 h,羟丙基化反应温度为50.0℃。验证性实验结果表明,产物的DS为110.6%;HPCS的水溶性随DS增加而提高,DS≥58.04%的HPCS可在中性条件下完全溶解于水中。同时通过亚硝酸钠降解法降解了HPCS,得到特性粘度分别为17.832、16.339、12.964、11.569和9.621的低分子量HPCS。在脱氢枞基缩水甘油醚接枝羟丙基壳聚糖的制备及其性能研究部分,主要是研究了通过水溶性HPCS与DAGE间的接枝反应制备DAGE-g-HPCS,并考察了DAGE与HPCS的物料比对接枝产物接枝度(DG)的影响;用FT-IR和1H NMR表征了产物结构,元素分析法确定了产物的DG,苯-水乳液稳定时间测量法评价了产物的乳化能力,表面张力法分析了产物的表面活性,振荡法评价了产物的泡沫性能。结果表明,随着DAGE与HPCS物料比从1.0提高至8.0,DAGE-g-HPCS的DG也从5.38%增加至16.54%,对应的临界胶束浓度(cmc)从0.7436g·L-1降至0.2226 g·L-1,而乳化能力和泡沫稳定性则呈逐渐增加的趋势,苯-水乳液的稳定时间从4505s增加到7813s,泡沫稳定性从81.05%提高到91.46%,同时,还进行了DAGE与低分子量HPCS接枝产物的性能研究。结果表明,随着HPCS特性黏度从17.832降低至9.621,DAGE-g-HPCS水溶液的cmc从0.5090增加到0.8474 g·L-1,对苯-水乳液的稳定时间从2078s增加到4320s,泡沫保留率从74.42%提高到83.65%。在脱氢枞酸缩水甘油酯接枝羟丙基壳聚糖的制备及其性能研究部分,主要是研究了通过水溶性HPCS与脱氢枞酸缩水甘油酯(GDHA)间的接枝反应制备GDHA-g-HPCS,并考察了GDHA与HPCS的物料比对接枝产物接枝度(DG)的影响;用FT-IR和1H NMR表征了产物结构,元素分析法确定了产物的DG,苯-水乳液稳定时间测量法评价了产物的乳化能力,表面张力法分析了产物的表面活性,振荡法评价了产物的泡沫性能,倒瓶法研究了GDHA-g-HPCS的成胶时间。结果表明,随着GDHA与HPCS物料比从1.0提高至8.0,GDHA-g-HPCS的DG也从0.72%增加至10.54%,对应的cmc从0.7619 g·L-1降至0.1894 g·L-1,对苯-水乳液的稳定时间从2846.0s增加到18063.0s后又降低至2612.0s,泡沫保留率从80.32%提高到97.46%后下降到79.68%;同时,还进行了GDHA与低分子量HPCS接枝产物的性能研究。结果表明,随着HPCS特性黏度从17.832降低至9.621,GDHA-g-HPCS水溶液的cmc从0.4318 g·L-1增加到0.7342 g·L-1,对苯-水乳液的稳定时间从607.0s增加到2064.0s,泡沫保留率从66.28%提高到80.31%;接枝度为2.81%,浓度为30.0 g·L-1的GDHA-g-HPCS溶液经β-甘油磷酸钠交联后,在37.0°C下恒温26.0 min即可形成凝胶,且得到的凝胶置于4.0°C的环境中经42.0 min后又转化为溶胶。
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