γ-聚谷氨酸水凝胶的制备、表征及应用研究

发布时间：2017-09-09 17:35

  本文关键词：γ-聚谷氨酸水凝胶的制备、表征及应用研究

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【摘要】：Y-聚谷氨酸(γ-PGA)是一种由微生物发酵得到的聚氨基酸材料,交联后可形成具有高吸水性、生物可相容性、化学易修饰性和生物可降解性的水凝胶。近年来,由于其优良的特性,γ-PGA水凝胶在纺织、医药、组织工程、食品、污水处理等领域具有广泛的应用前景。目前,制备化学交联型γ-PGA水凝胶常用醚类、醛类等有毒害作用的交联剂,而且γ-PGA水凝胶在应用中出现了对离子敏感、整理后织物耐洗牢度较差等问题。因此,如何使用更加安全高效的交联剂制备γ-PGA水凝胶,发现γ-PGA水凝胶在金属离子溶液中的溶胀规律,并且提高γ-PGA水凝胶整理后的耐洗牢度成为亟待解决的问题。本文通过碳二亚胺中介聚合交联技术制备了一种生物相容性良好、可降解的pH敏感型γγ-聚谷氨酸／ε-聚赖氨酸(γ-PGA/ε-PL)水凝胶,通过红外光谱及X射线光电子能谱证明了γ-PGA与εε-PL通过酰胺键交联,反应效率达到96.1%。扫描电镜发现γ-PGA/ε-PL水凝胶的表面多皱且无孔,截面有约20 u m孔径的规则孔洞。本课题衍生发明了快速定量测试透视等级的视力表法,并将其应用于γ-PGA/ε-PL凝胶透光性能的检测,发现其透光性能良好。压缩测试发现εε-PL及交联剂用量的增多都能改善水凝胶机械性能。溶胀动力学研究发现γ-PGA/ε-PL水凝胶在去离子水的溶胀中符合Voigt模型,ε,-PL及交联剂用量的增多都会降低其溶胀性能；但其在生理盐水及磷酸盐缓冲液中具有离子敏感性,溶胀行为符合伪二级动力学模型,且离子敏感性受ε-PL含量影响较大但几乎不受交联剂用量影响。而且,γ-PGA/ε-PL凝胶具有pH敏感性,可智能调节溶液pH为5。细胞培养及降解实验表明,γ-PGA/ε-PL凝胶生物相容性优良且可降解,是一种极具前景的生物材料。其次,本文研究了γ-PGA水凝胶对三种不同价态金属离子(Na+、Ca2+、Fe3+)的吸附规律,及溶液浓度等因素对吸附的影响,并对其吸附前后的结构变化进行了观察。发现随着金属离子价态与浓度的提高,离子对凝胶的电荷屏蔽效应越强,凝胶溶胀度越低。扫描电镜结果表明,吸附氯化钠的凝胶中可观察到结晶：吸附氯化钙的凝胶中可观察到规则孔洞；吸附三氯化铁的凝胶中可观察到塌缩的孔洞。最后,本文使用了γ-PGA水凝胶与水性聚氨酯制备的高吸水整理剂对涤纶针织物进行吸湿速干整理,研究了配比对整理剂流变性质的影响,流变性研究说明其适用于整理织物。对整理后织物各项性能进行了标准测试,发现均达到吸湿速干织物要求。而且整理后织物的弯曲强度及弯曲滞后量均升高为未整理织物的两倍,织物变得更为硬挺。通过添加水性聚氨酯作为粘合剂,整理后织物的耐皂洗性能可达到半耐久牢度。
【关键词】：γ-聚谷氨酸 ε-聚赖氨酸 水凝胶 溶胀动力学 pH敏感性 生物相容性 金属离子 吸湿速干整理
【学位授予单位】：天津工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：O648.17
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 第一章 前言11-23
• 1.1 单组份聚氨基酸类水凝胶11-13
• 1.1.1 聚谷氨酸水凝胶11-12
• 1.1.2 聚赖氨酸水凝胶12
• 1.1.3 聚天冬氨酸水凝胶12-13
• 1.2 复合聚氨基酸类水凝胶13-14
• 1.2.1 聚谷氨酸类复合水凝胶13
• 1.2.2 聚赖氨酸类复合水凝胶13-14
• 1.2.3 聚天冬氨酸类复合水凝胶14
• 1.3 聚氨基酸类水凝胶的应用14-16
• 1.3.1 药物载体材料14-15
• 1.3.2 组织工程材料15
• 1.3.3 环境领域15-16
• 1.4 水凝胶纤维16-20
• 1.4.1 水凝胶纤维的制备方法16-17
• 1.4.2 水凝胶纤维的刺激响应性能17-18
• 1.4.3 水凝胶纤维在纺织上的应用18-20
• 1.5 课题研究目的及意义20-23
• 第二章 理论部分23-27
• 2.1 γ-聚谷氨酸/ε-聚赖氨酸水凝胶的交联机理23-24
• 2.2 水凝胶的溶胀机理24
• 2.3 γ-聚谷氨酸/ε-聚赖氨酸水凝胶的pH敏感性原理24-27
• 第三章 实验材料和方法27-41
• 3.1 实验材料及仪器27-29
• 3.1.1 实验织物27
• 3.1.2 实验试剂27-28
• 3.1.3 实验仪器与设备28-29
• 3.2 制备及整理方法29-30
• 3.2.1 γ-聚谷氨酸水凝胶的制备29
• 3.2.2 γ-聚谷氨酸/ε-聚赖氨酸水凝胶的制备29-30
• 3.2.3 高吸水整理剂的制备30
• 3.2.4 高吸水整理剂整理方法30
• 3.3 结构表征方法30-31
• 3.3.1 红外波谱分析(FTIR)30-31
• 3.3.2 X射线光电子能谱分析(XPS)31
• 3.3.3 扫描电子显微镜分析(SEM)31
• 3.4 水凝胶性能测试31-34
• 3.4.1 水凝胶凝胶时间的测定31
• 3.4.2 水凝胶透光性能的测定31-32
• 3.4.3 水凝胶溶胀动力学测定32
• 3.4.4 溶胀动力学方程的拟合32-33
• 3.4.5 水凝胶pH敏感性的评价33
• 3.4.6 水凝胶生物相容性评价33-34
• 3.4.7 水凝胶降解动力学测定34
• 3.5 织物性能测试34-41
• 3.5.1 织物标准回潮率的测试34
• 3.5.2 滴水扩散时间的测试34-35
• 3.5.3 吸水率测试35
• 3.5.4 芯吸高度的测试35-36
• 3.5.5 蒸发速率的测定36-37
• 3.5.6 液态水分管理系统(MMT)测试37
• 3.5.7 织物抗弯强度的测试37-38
• 3.5.8 织物风格(KES)测试38
• 3.5.9 耐皂洗牢度测试38-41
• 第四章 γ-聚谷氨酸/ε-聚赖氨酸水凝胶的制备及性能表征41-61
• 4.1 投料比与交联剂用量对水凝胶交联的影响41-43
• 4.1.1 投料比对交联反应的影响41-42
• 4.1.2 交联剂用量对交联反应的影响42-43
• 4.1.3 凝胶时间的测定43
• 4.2 γ-聚谷氨酸/ε-聚赖氨酸水凝胶的结构表征43-47
• 4.2.1 红外光谱分析43-44
• 4.2.2 X射线光电子能谱分析44-46
• 4.2.3 扫描电子显微镜分析46-47
• 4.3 γ-聚谷氨酸/ε-聚赖氨酸水凝胶透光性能47-50
• 4.3.1 视力表法的建立47-48
• 4.3.2 γ-聚谷氨酸/ε-聚赖氨酸水凝胶透光性能检测结果48-50
• 4.4 γ-聚谷氨酸/ε-聚赖氨酸水凝胶机械性能50-52
• 4.4.1 投料比对机械性能的影响50-51
• 4.4.2 交联剂用量对机械性能的影响51-52
• 4.5 γ-聚谷氨酸/ε-聚赖氨酸水凝胶的溶胀行为52-57
• 4.5.1 在去离子水中52-53
• 4.5.2 在生理盐水中53-55
• 4.5.3 在磷酸盐缓冲液中55-57
• 4.6 γ-聚谷氨酸/ε-聚赖氨酸水凝胶的pH敏感性57-58
• 4.7 γ-聚谷氨酸/ε-聚赖氨酸水凝胶的生物相容性58-59
• 4.8 γ-聚谷氨酸/ε-聚赖氨酸水凝胶的降解动力学59-61
• 第五章 γ-聚谷氨酸水凝胶对金属离子的吸附研究61-71
• 5.1 不同价态金属离子的吸附动力学曲线61-63
• 5.2 NaCl浓度对NaCl溶液吸附的影响63-65
• 5.3 CaCl_2浓度对CaCl_2溶液吸附的影响65-68
• 5.4 FeCl_3浓度对FeCl_3溶液吸附的影响68-69
• 5.5 吸附不同金属离子后SEM结构分析69-71
• 第六章 γ-聚谷氨酸水凝胶对涤纶织物的亲水整理71-85
• 6.1 高吸水整理剂流变性质研究71-73
• 6.1.1 高吸水整理剂的流变性质71-72
• 6.1.2 γ-聚谷氨酸及水凝胶质量浓度对高吸水整理剂粘度的影响72-73
• 6.1.3 粘合剂浓度对高吸水整理剂流变性的影响73
• 6.2 高吸水整理剂对回潮率的影响73-75
• 6.2.1 水凝胶质量浓度对回潮率的影响73-74
• 6.2.2 粘合剂浓度对织物回潮率的影响74-75
• 6.3 滴水扩散时间75-76
• 6.4 吸水率测试76-77
• 6.5 吸高度测试77-78
• 6.6 织物蒸发速率曲线78-79
• 6.7 MMT测试79-80
• 6.8 抗弯强度测试80-81
• 6.9 织物风格测试81-82
• 6.10 耐皂洗牢度测试82-83
• 6.11 综合评价83-85
• 第七章 结论与展望85-87
• 7.1 结论85-86
• 7.2 展望86-87
• 参考文献87-95
• 发表论文与参加科研情况95-97
• 致谢97

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