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壳聚糖表面活性剂的合成及性能研究

作　者: 申云霞
导　师: 毕彩丰；赵宇
学　校: 中国海洋大学
专　业: 应用化学
关键词: 壳聚糖表面活性剂接枝共聚表面性能抑菌
分类号: TQ423
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

壳聚糖来源于虾、蟹等海洋生物,将废弃的虾蟹壳作为原料生产壳聚糖,既变废为宝,又净化了环境,一举两得。壳聚糖具有良好的生物相容性和生物降解性,无毒无味无刺激以及良好的吸湿性、抑菌性、成膜性、吸附性等特点。但壳聚糖不溶于水和有机溶剂,仅能溶于酸性水溶液,这大大限制了它的应用。壳聚糖分子结构中含有氨基和羟基,易进行化学改性。因此,对其进行化学改性研究,以进一步拓展壳聚糖的应用范围,开发出一些有优良性能的新化合物成为该领域的研究热点。本文合成了目前尚未见文献报道的水溶性壳聚糖磺酸盐阴离子表面活性剂。以环氧氯丙烷、亚硫酸氢钠、壳聚糖为原料经加成反应、环氧化反应、N-烷基化反应合成了一种易溶于水的壳聚糖磺酸盐阴离子表面活性剂,采用红外光谱、紫外光谱、核磁共振、热分解等分析手段对产物进行了表征。分别采用电导率法、吊环法、最大气泡法测试了该产物的临界胶束浓度(CMC)。结果表明：三种方法测得产物的CMC值分别为：2.25×10-4mol·L-1、5.60×104 mol·L-1、2.50×10-4mol·L-1,吊环法和最大气泡法测得的表面张力分别为46 mN·m-1和48 mN·m-1。说明该表面活性剂具有一定的表面活性,为壳聚糖阴离子表面活性剂的进一步研究提供了理论依据。以硝酸铈铵为引发剂,以二甲基二烯丙基氯化铵(DMDAAC)为原料,对壳聚糖进行了接枝改性,合成了壳聚糖季铵盐阳离子表面活性剂。通过红外光谱、紫外光谱、核磁共振、热分解等手段对接枝共聚物结构进行了表征分析,计算出了产物的临界胶束浓度和临界表面张力,研究了产物的溶解性能、乳化性能、配伍性能、抑菌性能和吸湿保湿性能。结果表明,电导率法和最大气泡法测得的壳聚糖季铵盐阳离子表面活性剂的临界胶束浓度分别为6.80×10-4mol·L-1和8.90×10-4mol·L-1,临界表面张力为39 mN·m-1。除了与阴离子表面活性剂不能配伍外,与其他类型的表面活性剂均有良好的配伍性。该表面活性剂对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌具有良好的抑菌效果,随着壳聚糖季铵盐表面活性剂浓度的增高,抑菌作用增强。另外,壳聚糖季铵盐阳离子表面活性剂具有较好的吸湿、保湿作用,在72 h内其吸湿率高于甘油,甚至接近于文献中所报道的透明质酸的吸湿率,有望在化妆品领域取代价格昂贵的透明质酸。以硝酸铈铵为引发剂,以DMDAAC、马来酸、壳聚糖为原料通过接枝共聚反应合成了壳聚糖两性表面活性剂。采用红外光谱、紫外光谱、核磁共振、热分解等手段对产物进行了结构表征,用电导率法、吊环法分别测出了产物的临界胶束浓度为1.85×10-4 mol·L-1和2.23×10-4mol·L-1,临界表面张力为45 mN·m-1。研究了产物的溶解性能、配伍性能、抑菌性能和吸湿保湿性能。结果表明,新合成的表面活性剂具有良好的水溶性,但产品放置时间越久,溶解性能越差；具有良好的配伍能力和吸湿、保湿能力,对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌无明显的抑制作用。研究表明,壳聚糖季铵盐阳离子表面活性剂的性能均优于其他壳聚糖改性表面活性剂。故壳聚糖季铵盐阳离子表面活性剂有更为广阔的应用发展空间,可望在医药、食品、化妆品、纺织印染、环保等领域得到广泛应用。

全文目录

摘要  5-7
Abstract  7-12
第一章文献综述  12-28
  1.1 壳聚糖研究现状  13-22
    1.1.1 壳聚糖的结构和性质  13-14
    1.1.2 壳聚糖改性研究现状  14-19
    1.1.3 壳聚糖应用方面研究进展  19-22
  1.2 表面活性剂的一般性质  22-25
    1.2.1 表面活性剂的概念和分类  22-23
    1.2.2 表面张力及临界胶束浓度的测定  23-25
  1.3 壳聚糖表面活性剂的研究进展  25-26
  1.4 本课题研究意义及主要内容  26-28
第二章壳聚糖阴离子表面活性剂的合成、表征及性能研究  28-43
  2.1 实验仪器与试剂  28-29
  2.2 合成路线  29-30
  2.3 合成方法  30
    2.3.1 2-羟基-3-氯丙磺酸钠的合成  30
    2.3.2 壳聚糖磺酸盐表面活性剂的合成  30
  2.4 产品表征  30-36
    2.4.1 2-羟基-3-氯丙磺酸钠的结构表征  30-32
    2.4.2 壳聚糖磺酸盐表面活性剂的结构表征  32-36
  2.5 结果与讨论  36-42
    2.5.1 影响2-羟基-3-氯丙磺酸钠质量及收率的因素  36-39
    2.5.2 壳聚糖磺酸盐表面活性剂的定性分析  39
    2.5.3 壳聚糖磺酸盐表面活性剂表面性能研究  39-41
    2.5.4 壳聚糖磺酸盐表面活性剂溶解性能研究  41-42
  2.6 本章小结  42-43
第三章壳聚糖阳离子表面活性剂的合成、表征及性能研究  43-61
  3.1 实验仪器与试剂  44-45
  3.2 合成路线  45
  3.3 合成方法  45
  3.4 产品表征  45-49
    3.4.1 壳聚糖阳离子表面活性剂的定性分析  45-46
    3.4.2 红外光谱分析  46-47
    3.4.3 核磁共振分析  47-48
    3.4.4 紫外吸收分析  48
    3.4.5 热重分析  48-49
  3.5 结果与讨论  49-59
    3.5.1 壳聚糖阳离子表面活性剂溶解性能研究  49-51
    3.5.2 壳聚糖阳离子表面活性剂表面性能研究  51-53
    3.5.3 乳化能力测定  53-54
    3.5.4 配伍性能测定  54
    3.5.5 抑菌性能测定  54-57
    3.5.6 吸湿保湿性的测定  57-59
  3.6 本章小结  59-61
第四章壳聚糖两性表面活性剂的合成、表征及性能研究  61-74
  4.1 实验仪器与试剂  61-62
  4.2 合成路线  62
  4.3 合成方法  62-63
  4.4 产品表征  63-66
    4.4.1 红外光谱分析  63-64
    4.4.2 核磁共振分析  64-65
    4.4.3 紫外吸收分析  65
    4.4.4 热重分析  65-66
  4.5 结果与讨论  66-72
    4.5.1 壳聚糖两性表面活性剂溶解性能研究  66-67
    4.5.2 壳聚糖两性表面活性剂表面性能研究  67-69
    4.5.3 配伍性能测定  69-70
    4.5.4 抑菌性能测定  70
    4.5.5 吸湿保湿性的测定  70-72
  4.6 本章小结  72-74
第五章结论与展望  74-76
  5.1 论文主要结论  74
  5.2 论文的创新之处  74
  5.3 展望  74-76
参考文献  76-82
致谢  82-83
个人简历  83
发表的学术论文  83

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