壳聚糖在离子液体中的溶解与改性研究

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壳聚糖具有良好的生物相容性、生物降解性、生体可吸收性和抗菌活性,但由于分子内和分子间的强氢键作用,壳聚糖不熔难溶,限制了其溶解加工应用及其改性材料的发展。离子液体具有不挥发性、热和化学稳定性好、易回收利用等特性,被公认为新一代绿色溶剂。目前,关于离子液体作为壳聚糖溶剂和反应介质的研究报道还较少,尚不能很好地揭示离子液体在壳聚糖方面的应用优势。   基于上述现状,本文研究了四种咪唑型离子液体,即1-丁基-3-甲基咪唑氯盐([BMIM]Cl)、1-丁基-3-甲基咪唑醋酸盐([BMIM]Ac)、1-乙基-3-甲基咪唑醋酸盐([EMIM]Ac)和1-烯丙基-3-甲基咪唑氯盐([AMIM]Cl)对壳聚糖的溶解特性,并利用红外光谱(FT-IR)、热重分析(TGA)和X-射线衍射(XRD)等研究了溶解再生前后壳聚糖的结构和性能变化。结果表明,这四种离子液体对壳聚糖均具有一定的溶解能力,[EMIM]Ac对壳聚糖的溶解能力最优;离子液体对壳聚糖的溶解为直接溶解;再生后的壳聚糖热稳定性有所下降,晶型从a型转变成β型。   在此基础上,本文分别以[BMIM]Cl、[EMIM]Ac为反应介质,研究了壳聚糖与L-丙交酯的均相接枝共聚反应,考察了反应温度和时间,催化剂和单体用量等对接枝共聚反应接枝效率的影响,并利用FT-IR、核磁(1HNMR)、TGA、XRD等表征了接枝共聚物的结构与性能。结果表明,壳聚糖与L-丙交酯在这两种离子液体中均能够发生接枝共聚反应,[BMIM]Cl中具有更高的反应效率;L-丙交酯的接枝引入削弱了壳聚糖原有的氢键结构,降低了壳聚糖的热稳定性。   为了进一步探讨在离子液体中均相接枝共聚反应的优势,本文以二甲基亚砜(DMSO)为反应介质,研究了壳聚糖与L-丙交酯的非均相接枝共聚反应,比较了均相与非均相反应的反应效率,以及相应接枝共聚物的热性能与结构特性。结果表明,均相反应具有更高的反应效率;均相接枝共聚物热稳定性较高;均相接枝共聚物结构均匀、趋于无定形,而非均相接枝共聚物的接枝反应主要发生在壳聚糖的表面,只是部分破坏了壳聚糖原有的结晶结构。   本文还以[BMIM]Ac为反应介质,研究了壳聚糖与e-己内酯的均相接枝共聚反应,探讨了反应温度和时间,催化剂和单体用量等对接枝反应的影响,并利用FT-IR1、HNMR、TGA、XRD等表征了壳聚糖-聚己内酯的结构与性能。结果表明,在离子液体[BMIM]Ac中,壳聚糖与e-己内酯易于发生接枝共聚反应;e-己内酯的接枝引入削弱了壳聚糖原有的氢键结构,降低了壳聚糖的热稳定性。
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