κ-卡拉胶/魔芋葡甘聚糖复合水凝胶机械性能强化与表征
发布时间：2021-06-29 20:12
κ-卡拉胶（κ-CA）与魔芋葡甘聚糖（KGM）复配是利用两种多糖互作,改善单一胶体缺陷的典型,但复合凝胶依然存在机械性能差、易断裂、稳定性差等缺点。为了利用这一多糖组合的优势,本论文就强化其机械性能的方法进行了探究,并对其结构和其他关键特性进行了表征,以期为需要高机械强度、高安全性的产品（特殊儿童或宠物的食品与玩具、水凝胶面膜、尿不湿等人类密切接触的产品）开发提供有数据支撑的安全性方案。论文探讨了离子组成优化、KGM有限降解、聚丙烯酰胺（PAAm）添加盐溶液浸泡三种方法在强化复合凝胶机械性能方面的可行性,表征了水凝胶结构及其他重要物性参数。发现K+、Ca2+复合离子、有限降解KGM、钾盐浸泡是提升κ-CA/KGM复合凝胶机械性能的有效方法。主要研究内容和结果如下:1.利用不同浓度KCl、CaCl2的添加及不同种类离子的配比来调控κ-CA/KGM复合凝胶的机械性能。结果显示,复合凝胶中添加1.5g/LKCl、0.5g/LCaCl2及1.0g/L配比为6:4的KCl、CaCl2复合...
【文章来源】：华中农业大学湖北省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：85 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
冷冻凝胶制备示意图
κ-卡拉胶/魔芋葡甘聚糖复合水凝胶机械性能强化与表征3和支链淀粉，是应用较为广泛的一种天然高分子多糖(Puneiaetal2020)。由于其形成的凝胶机械性能差，使其在凝胶方面的应用而有所限制。研究表明通过LaponiteRD将淀粉与聚乙烯醇结合，并利用冻融循环技术使凝胶间产生更多的物理交联，得到更加均匀、致密、稳定的网络结构，从而使其机械性能提高，热稳定性增强(Yuetal2018)。1.2双网络高机械性能多糖水凝胶的制备双网络水凝胶是互穿网络水凝胶的一种，它由两种具有高度非对称结构的聚合物构成(Gongetal2003)。所谓的双网络，指的是：对水凝胶基本框架起维持作用的刚性第一网络，以及贯穿于第一网络的低交联柔性第二网络(Yasudaetal2005)。双网络水凝胶具有新颖的网络结构和优异的机械性能，在进行拉伸测试时，凝胶松散的第二网络结构可改变网络形状来抵消机械压力，限制第一网络的链节运动，两者发生相对滑动，从而达到分散作用力的效果，这种“刚柔并济”的作用结果使水凝胶的机械强度得到了较大的提升(Funakietal2004)，图1-2为双网络水凝胶拉伸形变的示意图。目前双网络水凝胶体系在含水量高达90%时，其弹性模量为0.1-1.0MPa，拉伸断裂应力为1-10MPa，它的韧性甚至高于一些生物组织，高机械强度使其具有广阔的应用空间(Huangetal2007,Wuetal2011)。图1-2双网络水凝胶拉伸形变示意图Fig.1-2TensiledeformationschematicdiagramofDNgels1.2.1海藻酸钠双网络水凝胶海藻酸钠又被称作褐藻酸钠，是从褐藻或细菌中提取出的一种天然多糖物质，是由1，4-糖苷键将不同比例α-L-甘露糖醛酸和β-D-古罗糖醛酸连接而成的共聚物，因其特殊的结构，海藻酸钠得到了广泛的应用(Gaoetal2009)。海藻酸钠是制备双网
κ-卡拉胶/魔芋葡甘聚糖复合水凝胶机械性能强化与表征5通用的策略。图1-3海藻酸钠通过自组装形成具有超高机械性能水凝胶的示意图Fig.1-3Theschematicdiagramoftheself-assemblyofalginatetoformhydrogelswithultrahighmechanicalproperties1.4金属配位天然高分子多糖水凝胶的制备金属配位高分子凝胶是由天然高分子主链与金属离子之间较为稳定的配位作用相互连接而成的三维网络结构，与传统的高分子水凝胶相比，金属配位高分子凝胶既具有高分子材料的相容性，又具备金属材料独特的光、电、磁等物化性质(CuiseppiandLevon2003,Dongetal2008)。因此，其在工业生产中有着广泛的应用。1.4.1钕离子诱导的海藻酸钠/改性氧化石墨烯复合水凝胶的制备将石墨烯氧化改性成羧基改性氧化石墨烯，再将其加入制备好的海藻酸钠溶液中，最后将溶液装入模具，沉入醋酸钕水溶液中，进行配位反应。得到的凝胶进行拉伸测试，实验结果表明，得到的凝胶不仅具有高的拉伸强度，还具有较高的韧性。该复合凝胶之所以具有较好的机械性能，一方面是由于海藻酸钠的柔性分子链，在受到外界拉力时，可将力均匀分布到各个链段；另一方面在复合凝胶中Nd3+与海藻酸钠的羧酸根之间以单齿配位模式进行结合，从而使凝胶中大分子间交联密度增大，形成更多的氢键，进而形成致密的网络结构，宏观上表现为其机械性能的增强(Huangetal2017)。1.4.2铁离子诱导黄原胶水凝胶的制备黄原胶是野油菜黄单孢杆菌分泌的一种多糖，是由D-葡萄糖、D-葡萄糖醛酸、D-甘露糖、乙酸和丙酮组成的“五糖重复单元”聚合体。在食品工业中，黄原胶可
【参考文献】：
期刊论文
[1]不同黏度魔芋葡甘聚糖对食欲和能量摄入量的影响[J]. 商龙臣,王凌,李晶,李斌. 食品安全质量检测学报. 2019(15)
[2]魔芋葡甘聚糖/卡拉胶/聚丙烯酰胺纳米纤维膜的结构与性能[J]. 王林,刘子奇,袁毅,倪永升,龚静妮,吴佳煜,王维海,洪馨,庞杰. 高分子材料科学与工程. 2017(08)
[3]Sodium Alginate/Carboxyl-Functionalized Graphene Composite Hydrogel Via Neodymium Ions Coordination[J]. Qianqian Huang,Shunli Liu,Kewen Li,Imtiaz Hussain,Fang Yao,Guodong Fu. Journal of Materials Science & Technology. 2017(08)
[4]聚丙烯酰胺疏水缔合水凝胶的合成[J]. 闫付臻,赵洪明,叶磊,朱乐敏,刘欢,张子敬,黄萍,冉蓉. 高分子材料科学与工程. 2014(03)
[5]不同分子量魔芋葡甘露低聚糖的流变特性[J]. 姚雪,罗学刚,韩本超,贺攀. 化工进展. 2011(11)
[6]国外魔芋葡甘聚糖结构及其溶液行为研究进展[J]. 李斌,汪超. 包装与食品机械. 2003(05)
[7]魔芋葡甘露聚糖的化学结构与流变性质[J]. 许时婴,钱和. 无锡轻工业学院学报. 1991(01)
博士论文
[1]冷冻影响脱乙酰魔芋葡甘聚糖凝胶的机制与应用[D]. 李晶.华中农业大学 2014
硕士论文
[1]改性聚丙烯酰胺类絮凝剂的合成及应用研究[D]. 陈秋.吉林大学 2014
[2]低限度降解魔芋胶与κ-卡拉胶的复配研究及应用[D]. 贺雪姣.江南大学 2012
本文编号：3257085
【文章来源】：华中农业大学湖北省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：85 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
冷冻凝胶制备示意图
κ-卡拉胶/魔芋葡甘聚糖复合水凝胶机械性能强化与表征3和支链淀粉，是应用较为广泛的一种天然高分子多糖(Puneiaetal2020)。由于其形成的凝胶机械性能差，使其在凝胶方面的应用而有所限制。研究表明通过LaponiteRD将淀粉与聚乙烯醇结合，并利用冻融循环技术使凝胶间产生更多的物理交联，得到更加均匀、致密、稳定的网络结构，从而使其机械性能提高，热稳定性增强(Yuetal2018)。1.2双网络高机械性能多糖水凝胶的制备双网络水凝胶是互穿网络水凝胶的一种，它由两种具有高度非对称结构的聚合物构成(Gongetal2003)。所谓的双网络，指的是：对水凝胶基本框架起维持作用的刚性第一网络，以及贯穿于第一网络的低交联柔性第二网络(Yasudaetal2005)。双网络水凝胶具有新颖的网络结构和优异的机械性能，在进行拉伸测试时，凝胶松散的第二网络结构可改变网络形状来抵消机械压力，限制第一网络的链节运动，两者发生相对滑动，从而达到分散作用力的效果，这种“刚柔并济”的作用结果使水凝胶的机械强度得到了较大的提升(Funakietal2004)，图1-2为双网络水凝胶拉伸形变的示意图。目前双网络水凝胶体系在含水量高达90%时，其弹性模量为0.1-1.0MPa，拉伸断裂应力为1-10MPa，它的韧性甚至高于一些生物组织，高机械强度使其具有广阔的应用空间(Huangetal2007,Wuetal2011)。图1-2双网络水凝胶拉伸形变示意图Fig.1-2TensiledeformationschematicdiagramofDNgels1.2.1海藻酸钠双网络水凝胶海藻酸钠又被称作褐藻酸钠，是从褐藻或细菌中提取出的一种天然多糖物质，是由1，4-糖苷键将不同比例α-L-甘露糖醛酸和β-D-古罗糖醛酸连接而成的共聚物，因其特殊的结构，海藻酸钠得到了广泛的应用(Gaoetal2009)。海藻酸钠是制备双网
κ-卡拉胶/魔芋葡甘聚糖复合水凝胶机械性能强化与表征5通用的策略。图1-3海藻酸钠通过自组装形成具有超高机械性能水凝胶的示意图Fig.1-3Theschematicdiagramoftheself-assemblyofalginatetoformhydrogelswithultrahighmechanicalproperties1.4金属配位天然高分子多糖水凝胶的制备金属配位高分子凝胶是由天然高分子主链与金属离子之间较为稳定的配位作用相互连接而成的三维网络结构，与传统的高分子水凝胶相比，金属配位高分子凝胶既具有高分子材料的相容性，又具备金属材料独特的光、电、磁等物化性质(CuiseppiandLevon2003,Dongetal2008)。因此，其在工业生产中有着广泛的应用。1.4.1钕离子诱导的海藻酸钠/改性氧化石墨烯复合水凝胶的制备将石墨烯氧化改性成羧基改性氧化石墨烯，再将其加入制备好的海藻酸钠溶液中，最后将溶液装入模具，沉入醋酸钕水溶液中，进行配位反应。得到的凝胶进行拉伸测试，实验结果表明，得到的凝胶不仅具有高的拉伸强度，还具有较高的韧性。该复合凝胶之所以具有较好的机械性能，一方面是由于海藻酸钠的柔性分子链，在受到外界拉力时，可将力均匀分布到各个链段；另一方面在复合凝胶中Nd3+与海藻酸钠的羧酸根之间以单齿配位模式进行结合，从而使凝胶中大分子间交联密度增大，形成更多的氢键，进而形成致密的网络结构，宏观上表现为其机械性能的增强(Huangetal2017)。1.4.2铁离子诱导黄原胶水凝胶的制备黄原胶是野油菜黄单孢杆菌分泌的一种多糖，是由D-葡萄糖、D-葡萄糖醛酸、D-甘露糖、乙酸和丙酮组成的“五糖重复单元”聚合体。在食品工业中，黄原胶可
【参考文献】：
期刊论文
[1]不同黏度魔芋葡甘聚糖对食欲和能量摄入量的影响[J]. 商龙臣,王凌,李晶,李斌. 食品安全质量检测学报. 2019(15)
[2]魔芋葡甘聚糖/卡拉胶/聚丙烯酰胺纳米纤维膜的结构与性能[J]. 王林,刘子奇,袁毅,倪永升,龚静妮,吴佳煜,王维海,洪馨,庞杰. 高分子材料科学与工程. 2017(08)
[3]Sodium Alginate/Carboxyl-Functionalized Graphene Composite Hydrogel Via Neodymium Ions Coordination[J]. Qianqian Huang,Shunli Liu,Kewen Li,Imtiaz Hussain,Fang Yao,Guodong Fu. Journal of Materials Science & Technology. 2017(08)
[4]聚丙烯酰胺疏水缔合水凝胶的合成[J]. 闫付臻,赵洪明,叶磊,朱乐敏,刘欢,张子敬,黄萍,冉蓉. 高分子材料科学与工程. 2014(03)
[5]不同分子量魔芋葡甘露低聚糖的流变特性[J]. 姚雪,罗学刚,韩本超,贺攀. 化工进展. 2011(11)
[6]国外魔芋葡甘聚糖结构及其溶液行为研究进展[J]. 李斌,汪超. 包装与食品机械. 2003(05)
[7]魔芋葡甘露聚糖的化学结构与流变性质[J]. 许时婴,钱和. 无锡轻工业学院学报. 1991(01)
博士论文
[1]冷冻影响脱乙酰魔芋葡甘聚糖凝胶的机制与应用[D]. 李晶.华中农业大学 2014
硕士论文
[1]改性聚丙烯酰胺类絮凝剂的合成及应用研究[D]. 陈秋.吉林大学 2014
[2]低限度降解魔芋胶与κ-卡拉胶的复配研究及应用[D]. 贺雪姣.江南大学 2012
本文编号：3257085
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