魔芋多糖纳米晶天然高分子复合膜的结构与性能研究

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1、武汉理工大学硕士学位论文摘要由于石油、煤炭等化石资源日益减少，同时以石油为原料的非降解性高分子材料废弃物造成的环境污染日益严重，因此高分子科学与技术面临新的挑战。研究与开发以天然高分子为原料的新材料己成为高分子科学的前沿领域之一。纳米尺度结构能与聚合物基质形成强烈的界面相互作用并限制聚合物链段的运动，将它们均匀分散于聚合物材料中是提高材料力学性能的有效途径。来源于化石资源的无机纳米粒子已成功应用于聚合物基纳米复合材料，与之相比，来源于植物或动物聚多糖的纳米粒子具有来源广泛、可生物降解、生物相容、

2、可化学修饰等特点，因此基于纤维素、甲壳素、壳聚糖、淀粉等天然多糖的纳米粒子的制备及应用研究越来越引人注目。魔芋葡甘聚糖(KonjaeGlucomannan，简称KGM)作为一种天然高分子，是我国特产资源。它们无毒无害，可生物降解。一般说来，KGM的分子量可达10e数量级。KGM纳米晶是从天然KGM中提取的片层纳米结构，可用于增强改性制备出纳米复合材料。本课题就是利用壳聚糖、海藻酸钠和KGM纳米晶三种生物质，期望通过对纳米复合改性制备出高性能的材料。本论文的研究工作主要分为两个方面：(1)用酸降解

3、和超声处理，从天然魔芋葡甘聚糖中提取出具有稳定结构的KGM纳米晶；通过透射电镜(TEM)、粒度及其分布测试、X．射线衍射(XRD)、红外光谱分析(FITR)等对KGM纳米晶的结构和粒径进行表征；在综合考虑KGM纳米晶尺寸、稳定性、及产率的结果基础上，提出制备KGM纳米晶的最佳路线。(2)将KGM纳米晶与壳聚糖和海藻酸钠进行复合制备纳米复合膜材料，通过扫描电镜((SEM)、X．射线衍射(XRD)、差示扫描量热分析(DSC)、热失重分析(TGA)、吸水性能测试、以及力学性能测试等手段对材料的结构、热

4、稳定性、吸水性能和力学性能进行表征。通过上述纳米复合体系的结构和性能的研究，得到的主要结论如下：(1)通过H2S04酸解能够得到KGM纳米晶，降解得到的KGM纳米晶仅仅是由于氢键高分子链以及糖苷键的断裂，得到的分子量较低结晶度较高的多糖和低聚糖，并未改变其结构。KGM纳米晶比原始KGM的结晶度大幅度增加，降解使无定形区大量水解保留其结晶结构。(2)将刚性的KGM纳米粒子复合到壳聚糖基质中，能增强、增韧的纳米壳聚糖复合膜，力学性能的提高主要是因为纳米簇均匀分散于基质中以及各种强烈的界面相互作用力。

5、(3)把KGM纳米晶和海藻酸钠进行复合，成功的提高了海藻酸钠膜强度。同步增强的条件为KGM纳米晶的适当聚集并与海藻酸钠基质的强相互界面作用力。武汉理工大学硕士学位论文总的来说，首次通过H2S04酸解得到KGM纳米晶，并通过KGM纳米晶成功增强甚至增韧了纳米复合材料，对制备工艺及性能进行了研究。纳米复合材料中主要存在三种作用力：纳米粒子间、纳米粒子与基质问以及内链段间的相互作用力。三种作用力相互制约，共同决定了材料的性能。本论文建立了一种全降解纳米复合材料，为纳米复合材料的发展提供了新思路。关键词

6、：魔芋葡苷聚糖；KGM纳米晶；壳聚糖；海藻酸钠；复合材料武汉理工大学硕士学位论文AbstractBecausethefossilresourcessuchaspetroleum，coalandSOon，arebeingexhaustedincreasingly,andtheproblemofenvironmentalpollutionfromthewasterandlitterofnondegradablepolymermateralsthataremainlyderivedfrompetrol

7、rumresourcesbecomesmoreandmoreserious．ThereforethepolymerscienceandtechnologyfacesanewehaUenge．Nowdays，researchandexploitationofnewmaterialsbasedonnaturalpolymershavebecomethefrontofpolymerscience．Itisagoodwaytoreinforcematerialthatnano—sizedstructur

8、euniformlydispersedintopolymermatrixbystronglyinteractingwithmatrixandrestrictingthemotionofpolymersegments．Inorganicnanoparticlesfromfossilresourceshavebeensuccessfullyappliedtopolymericnanocompositematerials．Comparetotheseabio-nanoparticles，thestab