纳米聚糖的制备、改性与其应用性能的-.研究

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1、青岛科技大学研究牛论文攻读学位期间发表的学术论文⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯77声明⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯78二一一青岛科技大学研究’I-论文1．前言随着石油、天然气、煤等不可再生资源的H益枯竭和核能利用的危险性，如何充分丌发利用可再生资源，成为当今科学研究的热点。可再生资源如天然聚糖类物质，由植物自身光合作用形成．具有来源丰富广泛、储量丰富、可生物降解、应用范围广、价格低廉等诸多优，一量⋯，得到了蚓内外研究的特别关注。在天然聚糖类生物质中．纤维素、淀粉、

2、瓜尔胶等高分予聚糖类生物质是最丰富的可再生资源。作为一种新型的化工原材料，纤维素、淀粉、瓜尔胶等天然聚糖的衍生物广泛存在于各个领域，尤其在与H常牛活启、息相关的领域，如粮油食品、石油丌采、纺织服装、造纸、精绌化工等生产部门：因此对天然聚糖类生物质结构、性能的研究以及天然聚糖类生物质的精炼与改性，即对天然聚糖类生物质的高附加值应用的研究是当今国内外研究热点。尤其在伞球意义上，在保护环境．低碳节能的大背景下，充分玎发和合理利用天然聚糖类生物质成为必然趋势，对人类的发展有着：罩=要的意义12。J：改性纳米聚糖与天然聚糖

3、相比，具有纳米尺寸、性能优异，不仅仅具有纤维素、淀粉、瓜尔胶等天然聚糖的基本结构单元，还具有纳米颗粒的特性，如比表面积大、吸附能力强和反应活性高等特点，冈而纳米聚糖的制备、改性和应用具有广阔的应用前景[4】。1．1天然聚糖生物质的简介天然聚糖类生物质属于天然高分予．天然存在于动物、植物和微生物内的大分子有机化合物。天然高分子种类丰富，根据不同的化学结构可以分为很多种类．其中天然聚糖类生物质的含量最为丰富，如淀粉、纤维素、植物胶、壳聚糖等，是天然高分子的重要组成部分。天然聚糖源于生物体，可生物可降解，其分子中活性基

4、团与特殊化学品发生反应，经过物理和化学的改性得到的具有高附加值的高分子新材料，属于环境友好性材料，符合可持续发展战略，因而天然聚糖类生物质的开发与应用已经成为高分子新材料领域研究的重点和热点，对国民经济可持续发展具有重大的战略意义。I．1．1淀粉的结构和性质淀粉是植物中储存的由光合作用形成的聚糖类物质，是天然高分子碳水化合物，来源广泛，可分为禾符类淀粉(源自大米、麦子等)、薯类淀粉(源自木薯、马铃纳米聚糖的制备、改件及其应用性能的研究薯、甘薯等)、豆类淀粉(源自绿豆、豌豆、红豆等)、其它淀粉(源自西米、香蕉、白果

5、、藻类、细菌等)。按照有无支链情况结构，淀粉可以分为直链淀粉和支链淀粉，其分子结构式分别见图1—1、图卜2。图l一1直链淀粉结构Fig．1-1Structureofamylose，，·之．rl‘、1-．1、‘管覆j，／图1—2支链淀粉结构Fig．1—2Structureofamylopectin直链淀粉中的葡萄糖结构单元是通过a．D．(1．4)糖苷键连接成的长链，是一种线性天然高聚物。相比于直链淀粉，支链淀粉是一种高度支化的天然高分子，除了a．1，4糖苷键，分子中的分支点是a．1,6糖苷键【5。6】。直链淀粉和支

6、链淀粉在天然淀粉中所占的比例与淀粉的来源有直接关系，如玉米淀粉中含有20．25％的直链淀粉，而糯米淀粉几乎不含直链淀粉。直链淀粉和支链淀粉不仅结构不同，性质也有区别。比较其水溶性可得，直链淀粉比较难溶于水，溶液不稳定，所以能制成具有较高透明度、较好的柔韧性、具有抗张强度的薄膜：而支链淀粉较易溶于水，溶液比较稳定，所得的产品强度比较差。．．．．．．．．．．．．．．．．．_J青岛科技大学研究t论文1．1．2纤维素的结构和性质纤维紊是自然界中分布较广、产量较大的天然聚糖类生物质。纤维素是植物细胞壁的主要组成部分，占植物

7、界碳含量的50％以上．主要来源于术材、棉花、麻类、谷类植物和其它高等植物。除此之外，一些细菌的酶解过程也能够产生纤维素，称为细菌纤维素。纤维素分予中的葡萄糖单元是B一1．4糖苷键连接而形成FI，其分子结构式见图1．3，具有聚合度高、分子取『向好、化学稳定性强等特点。纤维素不溶于水及一般的有机溶剂。E门、，笔～，k、5：C·H-OH』、HO-，2≥、，．』々要殳jEo_～、、．￡二_、．：_t：、：}{“：、、，／√二≯一‘1气’墓：：≥：。iz·’丁＼：j卜二r‘>3．沙：。u—CE～-OH、l：=jp一10～I

8、--C：-_,OEL’-J．。．一，一图1．3纤维素的分子结构式纤维素-糖是纤维素大分子的重复单元，纤维素二糖Ngcl位．卜．保持着半缩醛的结构形式，具有还原性，而C42：有一个自由羟基．说明纤维素j：糖的葡糖糖基之mJ为(1-4)苷键连接。纤维素夕：分子包含结晶区和非结晶区，纤维素具有聚合度高、分子取向好、化学稳定性好等特点。纤维素不溶于水及一般的有机溶剂。纤维素的游离