HRP催化合成淀粉与酚类接枝共聚物的研究

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淀粉是一种可再生、绿色环保的天然高分子化合物,常用的淀粉改性的方法是接枝改性。传统的接枝改性方法是在硝酸铈铵、过硫酸铵等引发剂的作用下,用乙烯基单体对淀粉进行改性。尽管此类反应容易进行,但是产物的结构却难以控制。近些年,酶催化接枝聚合反应以其高效、专一、反应条件温和以及产物结构可控等特点受到了国内外的重视,并且可制得用传统化学方法难以合成的物质。本论文主要进行了在辣根过氧化物酶(HRP)催化作用下淀粉和酚类的接枝共聚反应和磺甲基化苯酚聚合反应,并进行了应用实验,考察其应用效果。首先,以淀粉为接枝骨架,间苯三酚和对羟基苯磺酸钠为接枝单体,对其接枝共聚反应进行了研究。降解淀粉和酚类在辣根过氧化物酶(HRP)/H2O2的催化作用下进行自由基接枝共聚反应,制备了淀粉和酚类接枝共聚物。通过单因素实验讨论了淀粉降解程度、酚类单体配比、HRP用量、反应温度、体系pH和反应时间对接枝改性淀粉的结构与性能的影响。确定了最适的反应条件如下:15g淀粉用0.3gα-高温淀粉酶降解后加入12g间苯三酚(PG)和20g对羟基苯磺酸钠(HBS),控制体系的pH为7.0,然后加入10mLHRP溶液和18mL H2O2溶液(30%),在35℃下反应3h,即可得到性能良好的淀粉与酚类接枝共聚物。产物溶于水后的表面张力为26.6mN/m,低表面张力呈现出良好的渗透性,酚类共聚物短支链的共轭结构与淀粉环状协同作用增加了所含功能基团的活性,提高了与皮革纤维的功能基相互作用。通过红外光谱、核磁共振光谱、紫外可见光谱和凝胶渗透色谱等分析手段表征了产物的化学结构,分析结果发现酚类共聚物成功的接枝到淀粉分子链上。所鞣制皮革收缩温度(Ts)达到了78℃,复鞣革的增厚率达到26.6%,同时产物赋予皮革很好的柔软性和独特的风格。其次,通过应用实验和GPC检测方法研究了酚类单体结构对淀粉接枝共聚物性能的影响,在HRP/H2O2催化体系下,间苯三酚/对羟基苯磺酸钠与淀粉的接枝共聚物性能最好,苯酚改性的淀粉鞣剂性能最差。同时,对酚类单体结构与接枝产物性能之间关系的机理进行了探索。验证了单体结构影响其活性的理论。最后,在NaHSO3、Na2SO3和甲醛的作用下,利用磺甲基化反应,对苯酚进行磺甲基化改性,然后以辣根过氧化物酶为催化剂,研究了磺甲基化苯酚的酶促聚合反应,合成了磺甲基苯酚聚合物。在酶的反应条件为最适的情况下,讨论了磺甲基化反应以及酶催化聚合反应的主要影响因素。在羟甲基磺酸钠与苯酚的配比为0.8:1,HRP用量为12mL时,合成产物的应用效果最好。通过FTIR、NMR、UV和GPC等分析手段对聚合产物的结构和性能进行了表征。结果出现3个平均分子量流出峰,不同的分子量分布有利于产物在皮纤维中的渗透,最大的M4n为3.4×10。产物应用于主鞣后皮革的收缩温度从46℃(鞣制前)提高至76℃(鞣制后),当用在复鞣工序,聚合物复鞣剂的用量为8%时产物具有良好的复鞣和匀染性能,皮革的增厚率为18.3%。用SEM对复鞣革的纤维形貌进行了观察,纤维分散良好。通过各种检测手段表明得到了预期的产物。本研究工作的创新之处是利用HRP催化合成了淀粉和酚类接枝共聚物,提出了反应机理,制备了磺甲基化酚类聚合物鞣剂。
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