三甲基硅基淀粉醚的制备及性能研究

发布时间：2017-09-20 18:03

  本文关键词：三甲基硅基淀粉醚的制备及性能研究

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【摘要】：淀粉因具有来源广泛、价格低廉、无毒、稳定、良好的生物相容性和生物降解性等优点而日益受到人们的关注。虽然淀粉分子中含有大量的亲水性基团羟基,但羟基大都通过分子内和分子间相互作用形成氢键,因此,淀粉不溶于冷水且在有机溶剂中的溶解度低。为了改善淀粉的应用性能,利用化学改性的方法对其进行改性,使之具有在有机溶剂中的溶解性、疏水性等性能并可拓宽淀粉的应用领域。将淀粉进行甲硅烷基化可赋予淀粉许多新的性能,如：溶解性、疏水性、热稳定性等。但是,原淀粉颗粒结构紧密,只有表面极少量的羟基可与有机硅试剂发生反应,不足以改变淀粉的性能,因此,有必要对原淀粉进行降解,降解后的蜡质玉米淀粉再与有机硅试剂进行硅烷化反应。本文采取先糊化后降解的方法制备降解淀粉,糊化温度为90℃、糊化时间为1h、HCl酸水解温度为60℃、HC1水溶液浓度为0.5 mo1·L-1、水解时间为5h条件下对原淀粉进行了降解,降解后的淀粉重均分子量Mw为4.3×104,分子量分布为9.0。采用降解蜡质玉米淀粉作为原料,以六甲基二硅氮烷(HMDS)为有机硅醚化剂,以Cu(NO3)2·3H2O为反应催化剂,以N,N-二甲基甲酰胺(DMF)为反应溶剂,对淀粉进行了疏水化改性。分别研究了反应温度、催化剂Cu(NO3)2·3H2O用量对反应的影响,其中包括HMDS转化率、产物取代度(DS)和反应效率(Re),HMDS与无水葡萄糖单元(AGU)摩尔比对产物取代度的影响。反应最佳条件为：反应温度80℃,体系质量百分比10%(W/V),n(Cu(NO3)2·3H2O)/n(HMDS)=2.1%,在该条件下,调节HMDS与AGU摩尔比,可制备不同取代度的三甲基硅基淀粉醚。对不同取代度的三甲基硅基淀粉醚进行了FT-IR和1HNMR表征,验证了产物结构和取代度值正确。对产物三甲基硅基淀粉醚的溶解性、疏水性、热稳定性和玻璃化转变温度进行了研究。结果表明,对于DS=2.68的的三甲基硅基淀粉醚其在四氢呋喃(THF)、氯仿(CHCl3)、丙酮中的溶解度分别为33.4、20.5、26.2；疏水性的研究中接触角最高达130.88°；热稳定性研究中最大降解温度达408℃；玻璃化转变温度Tg研究中对于DS=1.63和DS=2.59的产物,其Tg分别为89.9℃和109.1℃。
【关键词】：淀粉 三甲基硅基 取代度 性能 疏水
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：O636.12
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 引言9-10
• 1 三甲基硅基淀粉醚研究进展10-25
• 1.1 含羟基化合物的硅醚化10-17
• 1.1.1 硅醚化羟基化合物的概述10-12
• 1.1.2 常用的含硅试剂12-13
• 1.1.3 常用的催化剂13-14
• 1.1.4 硅醚的研究进展14-17
• 1.2 淀粉及其硅醚化17-24
• 1.2.1 淀粉的结构与性质17-18
• 1.2.2 淀粉的降解18-20
• 1.2.3 淀粉的改性方法20
• 1.2.4 淀粉的疏水化改性20-22
• 1.2.5 三甲基硅基淀粉醚的研究现状22-23
• 1.2.6 三甲基硅基淀粉醚的应用及展望23-24
• 1.3 本论文设计思想24-25
• 2 实验部分25-30
• 2.1 主要试剂及仪器25-26
• 2.2 蜡质玉米淀粉的降解及性能测定26-27
• 2.2.1 蜡质玉米淀粉的降解26
• 2.2.2 降解蜡质玉米淀粉的分子量测定26-27
• 2.2.3 降解蜡质玉米淀粉的溶解性测定27
• 2.3 三甲基硅基淀粉醚的制备及性能测定27-30
• 2.3.1 三甲基硅基淀粉醚的制备27
• 2.3.2 三甲基硅基淀粉醚的取代度测定27-28
• 2.3.3 三甲基硅基淀粉醚的红外表征28
• 2.3.4 三甲基硅基淀粉醚的~1H NMR表征28
• 2.3.5 三甲基硅基淀粉醚的分子量测定28
• 2.3.6 三甲基硅基淀粉醚的溶解性测定28
• 2.3.7 三甲基硅基淀粉醚的疏水性测定28-29
• 2.3.8 三甲基硅基淀粉醚的热稳定性测定29
• 2.3.9 三甲基硅基淀粉醚的玻璃化转变温度测定29-30
• 3 三甲基硅基淀粉醚的合成及性能研究30-66
• 3.1 蜡质玉米淀粉的降解30-31
• 3.2 三甲基硅基淀粉醚的合成条件研究31-66
• 3.2.1 六甲基二硅氮烷与淀粉进行硅烷化反应条件的选择33-57
• 3.2.2 三甲基硅基淀粉醚的红外表征57-58
• 3.2.3 三甲基硅基淀粉醚的~1H NMR表征58-59
• 3.2.4 三甲基硅基淀粉醚分子量的测定59
• 3.2.5 三甲基硅基淀粉醚溶解性的测定59-60
• 3.2.6 三甲基硅基淀粉醚的疏水性测定60-62
• 3.2.7 三甲基硅基淀粉醚的热稳定性测定62-64
• 3.2.8 三甲基硅基淀粉醚的玻璃化转变温度测定64-66
• 结论66-67
• 参考文献67-74
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况74-75
• 致谢75-76

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