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丝素蛋白/丙烯酸/丙烯酰胺吸水材料的制备和性能表征

作　者: 汪琦翀
导　师: 朱良均
学　校: 浙江大学
专　业: 特种经济动物饲养
关键词: 丝素蛋白丙烯酸/丙烯酰胺吸水材料吸水倍率保水率结构性能
分类号: TB34
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

高吸水材料是一类可吸收自重几倍至几千倍的水,在加压下不脱水或脱水很少,吸水的材料经干燥后,吸水能力仍可恢复,可以反复使用的功能高分子材料。传统高吸水材料存在着不能生物降解、易污染环境的缺点,而可生物降解型高吸水材料因具环保性,已成为近年来的研究热点。丝素蛋白是从蚕丝中提取的一种天然纤维蛋白,由18种氨基酸组成,具有良好的亲水性和生物降解性,如能将蚕丝蛋白引入传统的高分子吸水材料中,研制一种吸水性能优良,具有可生物降解性能的新型高分子吸水材料,对于丰富吸水材料类型,拓展蚕丝蛋白用途,提高蚕丝蛋白附加值等具有重要意义和应用价值。本研究以具有良好生物分解性能的丝素蛋白(SF)为原料,丙烯酸(AA)和丙烯酰胺(AM)为单体,过硫酸铵(APS)为引发剂,N,N’-亚甲基双丙烯酰胺(MBA)为交联剂,采用水溶液聚合的方法,合成了一种新型的SF/AA/AM吸水材料,并进行了吸水材料结构及性能的比较研究。本研究探讨了蚕丝蛋白吸水材料的制备工艺,考察了丝素蛋白、单体、交联剂、引发剂、中和度、反应温度等对材料吸水倍率的影响,提出了较为适宜的SF/AA/AM吸水材料的制备工艺条件和方法,即丝素蛋白浓度6.8%～8.1%,单体浓度23.4%～28.3%,交联剂浓度0.037%～0.051%,引发剂浓度0.72%～0.85%,丙烯酸和丙烯酰胺配比为1.8～2.2,丙烯酸中和度为0.7～0.8,反应温度60℃～70℃,反应时间2h。研究中发现,增加丝素蛋白浓度,材料的吸水性能会有所下降,特定的使用条件下增加蚕丝蛋白的浓度,可使材料生物降解部分增多,改善材料的降解性能,减少环境污染。合成的SF/AA/AM吸水材料具有较好的吸水倍率,在去离子水、自来水、0.9%NaCl溶液中的吸水倍率分别为267～296g/g、152～208g/g和28.3～33.4g/g。本研究对SF/AA/AM吸水材料的吸水倍率、吸水速率、不同溶液中的吸液能力等的保水性能和重复吸水能力进行了测定和分析,并采用红外吸收光谱、扫描电镜和差示扫描量热法对材料的结构进行了表征。结果表明：材料的吸液速率较快,达到80%饱和吸水率的时间只需要5min；材料在电解质溶液中的吸水倍率会受到离子类型和离子浓度的影响,离子价越低,离子浓度越低,吸水倍率越大；材料在pH7时具有最大的吸水倍率,pH过低或者过高时,材料的吸水性能均下降,在碱性条件下吸水性能优于酸性条件；材料在自然条件下10d仍具有25%的保水率；在80℃加热90min仍有50%的保水率；4000r/min高速离心10min后其最大保水率为86.7%；重复吸水实验证明材料具有很好的的可重复利用性；红外吸收光谱显示了丝素蛋白与丙烯酸和丙烯酰胺发生了很好的聚合。扫描电镜显示了吸水材料表面的沟棱交错,表面收缩紧凑,有利于材料的快速溶胀。差示扫描量热法测定材料热性能,结果显示丝素蛋白的引入使合成吸水材料的热熔融温度和氧化分解温度发生了转变。进一步说明了丝素蛋白与丙烯酸/丙烯酰胺发生了良好的聚合,既有利于保持较高的吸水性,也增加了可生物分解性。本研究为进一步研发具有生物分解性的新型高吸水材料提供了参考。

全文目录

中文摘要  8-10
Abstract  10-12
第一章绪论  12-28
  1 高吸水材料概述  12-21
    1.1 高吸水材料的历史  12-13
    1.2 高吸水材料的分类  13-16
    1.3 高吸水材料的合成  16-17
    1.4 高吸水材料的应用  17-18
    1.5 可生物降解吸水材料的研究进展  18-20
    1.6 丙烯酸、丙烯酰胺概述  20-21
  2 丝素蛋白概述  21-27
    2.1 丝素蛋白的组成和结构  21
    2.2 丝素蛋白的特性  21-22
    2.3 丝素蛋白的研究进展  22-25
    2.4 蚕丝蛋白的接枝共聚  25-27
  3 课题的研究目的、意义和内容  27-28
    3.1 研究目的和意义  27
    3.2 主要研究内容  27-28
第二章丝素蛋白/丙烯酸/丙烯酰胺吸水材料制备工艺的研究  28-42
  1 材料与方法  28-31
    1.1 材料与试剂  28-29
    1.2 仪器设备  29
    1.3 实验方法  29-31
  2 结果与讨论  31-41
    2.1 丝素蛋白浓度对材料吸水性能的影响  32-33
    2.2 单体浓度对材料吸水性能的影响  33
    2.3 单体配比对材料吸水性能的影响  33-34
    2.4 引发剂浓度对材料吸水性能的影响  34-36
    2.5 交联剂浓度对材料吸水性能的影响  36-37
    2.6 丙烯酸中和度对材料吸水性能的影响  37
    2.7 反应温度对材料吸水性能的影响  37-38
    2.8 反应时间对材料吸水性能的影响  38-39
    2.9 烘干温度对材料吸水性能的影响  39-40
    2.10 合成吸水材料的吸水性能比较  40-41
  3 本章小结  41-42
第三章 SF/AA/AM吸水材料的性能表征  42-58
  1 材料与仪器  42-43
    1.1 材料与试剂  42-43
    1.2 仪器设备  43
  2 实验方法  43-46
    2.1 吸水性能  43-44
    2.2 保水性能  44-45
    2.3 重复吸水性能  45
    2.4 结构分析  45-46
    2.5 热特性分析  46
  3 结果与讨论  46-57
    3.1 吸水性能  46-50
    3.2 保水性能  50-52
    3.3 重复吸水性能  52-53
    3.4 吸水材料的结构特性  53-56
    3.5 吸水材料的热特性  56-57
  4 本章小结  57-58
第四章总结与展望  58-60
  1 总结  58-59
  2 展望  59-60
参考文献  60-64
攻读硕士学位期间取得的科研成果  64-65
致谢  65

丝素蛋白/丙烯酸/丙烯酰胺吸水材料的制备和性能表征

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