胶原纤维—矿物质复合膜的制备与理化性质研究

发布时间：2019-04-19 01:53

【摘要】：本研究以皮革厂废弃的灰皮废料为主要原材料来制备酸松弛牛皮胶原纤维,并对其成膜性能进行研究。为了进一步提高胶原纤维膜的机械性能,分别运用直接添加矿物质如羟基磷灰石,锂皂石,原位生成磷灰石的方法制备胶原纤维-矿物质复合膜,并研究了它们对胶原纤维膜物理化学性能的影响。实验表明所使用的原材料灰皮(干基)的主要化学成分为:水分5.07%,灰分2.09%,蛋白质89.61%,脂肪2.99%。胶原纤维的制备的工艺主要为清洗,浸酸膨胀,机械松弛,研磨等,通过单因素试验证明使用0.01 mol/L的盐酸浸泡灰皮36 h后膨胀率可以达到100.37%,且柔软度较佳,利于机械松弛和研磨,使用此方法制备的胶原纤维直径在3-4 μm,长度为0.5 cm左右。制备的胶原纤维中钙的含量为0.096%,胶原蛋白的含量为98.97%。对制备的胶原纤维进行了红外光谱扫描,利用omnic软件对其蛋白二级结构进行分析,其中α螺旋和β折叠总和为69.02%,表明该胶原纤维的分子结构比较稳定。胶原纤维纳米羟基磷灰石复合膜的制备与研究:以制备的胶原纤维为主要原料,甘油为塑化剂,分别添加0%,1%,2%, 4%的纳米羟基磷灰石为增强剂,研究纳米羟基磷灰石对胶原纤维膜的物理化学性质的影响。扫描电镜结果表明,随着复合膜中纳米羟基磷灰石的含量逐渐升高,复合膜的表面与纯胶原纤维膜相比逐渐变得粗糙且不平整,截面则表明复合膜内部结构逐渐变得紧凑且整齐。羟基磷灰石显著的提高了胶原纤维膜的抗拉伸强度,随着羟基磷灰石质量的分数由0%升高至4%,胶原纤维膜的抗拉伸强度从原来的38.98 MPa提高到了 48.20 MPa,但由于羟基磷灰石的脆性导致其断裂伸长率发生了下降;同时,复合膜的水蒸气和氧气阻隔性能也得到很大的提升,当羟基磷灰石含量达到4%时,其水蒸气透过率系数下降至1.30×10-11 g·m/Pa·m2·s,油脂在第7天和15天的过氧化值测定结果证明羟基磷灰石可以显著降低氧气透过率;当羟基磷灰石含量达到4%时,复合膜融化温度升高至96.18 ℃,与不添加磷灰石的 -膜相比,提高了 10.7%;同时羟基磷灰石也导致复合膜的表面色泽和透明度发生了显著性的变化。胶原纤维磷灰石原位合成膜的制备与研究:以胶原纤维为原料,甘油为塑化剂,添加不同比例的磷酸氢二钠和氯化钙,在氨气熏蒸的条件下生成磷灰石晶体,研究原位合成的磷灰石对胶原纤维膜各项性能的影响。通过对复合膜的进行红外光谱、X射线衍射分析,复合膜中出现了一些类似于羟基磷灰石的特征性吸收峰和衍射峰,表明通过此方法可以制备磷灰石晶体。此外,胶原纤维膜的理化性质和微观结构均发生了不同程度的变化。其中复合膜的厚度,表面色度,不透明度均随着膜介质中磷灰石含量的增多增加;磷灰石也改善了胶原纤维膜的机械性能,当磷灰石浓度为1.67mmol/L时,复合膜的抗拉升强度达到了 52.25 MPa,断裂伸长率则出现先升高后降低的趋势,当磷灰石浓度为0.83 mmol/L时,达到最大值8.39%;此外DSC和TGA的分析结果表明,含有磷灰石的复合膜的热稳定性得到明显提升;扫描式电子显微镜结果显示,复合膜表面出现一层磷灰石颗粒,并且这些颗粒随着磷灰石含量的增多而分布逐渐密集,同时复合膜截面也逐渐变得致密;随着复合膜中磷灰石含量的逐渐增多,复合膜的水蒸气透过率和水溶解性均出现逐渐下降的趋势。胶原纤维锂皂石复合膜的制备与研究:为了增强胶原纤维膜的机械强度,以胶原纤维为主要原料,甘油为塑化剂,添加锂皂石为增强剂,研究锂皂石对胶原纤维膜理化性质的影响。研究表明,胶原纤维膜的机械性能随着复合膜中的锂皂石的含量升高而增强,当胶原纤维与锂皂石的质量比为60:4时,复合膜的抗拉伸强度达到62.80 MPa,同时断裂伸长率也增加到111.04%;水蒸气和氧气透过率均随着锂皂石含量的升高出现显著降低的趋势,DSC和TGA结果均显示锂皂石提高了复合膜的热稳定性;同时,也研究了复合膜在PBS缓冲液中的膨胀特性,引进Schotter二阶动力学方程对胶原纤维锂皂石复合膜的膨胀动力学进行分析,结果表明锂皂石可以显著降低复合膜的膨胀特性;使用扫描式电子显微镜观察了胶原纤维膜在表面和截面上的变化,并且这些结构上的变化与复合膜理化性质的变化相一致。
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【学位授予单位】：天津科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TB383.2

【参考文献】