酯化改性海藻酸纤维的制备与表征
Preparation and Characterization of Esterified Sodium Alginate Fibers
海藻酸钠是一种无毒、生物相容性好、无免疫原性、可生物降解的天然多糖碳水化合物.但是因为海藻酸钠(NaAlg)分子是一种刚性大分子,溶解性差,牵伸性能差,离子交联键能量低,所以海藻酸纤维强度低、脆性大、不耐酸碱,其生产和应用十分有限,主要局限在医用敷料等特殊领域.本课题研究的目的是通过接枝共聚,在NaAlg分子上接枝具有功能性的基团硫酸根和聚乙二醇(PEG)柔性大分子,引入基团和进行聚集态结构调控,提高海藻酸纤维的染色性能及力学性能,以拓宽海藻酸及其衍生物的应用范围.本研究主要采用两种方式实现海藻酸的酯化改性.第一种方法是以NaAlg为原料,以氨基三磺酸钠为酯化剂,对NaAlg进行接枝共聚改性,制备制得海藻酸钠硫酸酯.采用紫外分光光度计测定海藻酸硫酸酯的接枝率,通过正交实验分析法,对磺化质量比、酯化温度、酯化时间、酯化PH等因素对接枝率的影响进行了分析.结果表明:接枝聚合最佳反应条件为磺化质量比为6:3,酯化温度50℃,酯化时间5h,酯化PH为9,此时酯化度最高,最高为1.13%;海藻酸硫酸酯的热稳定性更好.采用湿法纺丝技术,制备海藻酸硫酸酯纤维,采用阳离子红染料对纤维进行染色,结果表明:NaAlg分子引入硫酸根,增加了它对阳离子红的吸附效果.第二种方法是以NaAlg为原料,不同分子量的PEG为接枝大单体,以1-乙基-(3-二甲基胺基丙基)-碳酰二亚胺盐酸盐(EDC·HCl)为偶联剂,4-二甲氨基吡啶(DMAP)为催化剂合成海藻酸聚乙二醇酯.通过单因素变量的方法,探究了单体的摩尔比、反应时间、反应温度等因素对接枝率的影响.结果表明:海藻酸钠与聚乙二醇摩尔比为1:1、反应时间为24h、反应温度为60℃、对苯磺酸用量为0.324g时,接枝率最高,达到0.98%.采用红外光谱法(FTIR)对它们的化学结构进行了表征,结果表明:海藻酸聚乙二醇酯在1689cm-1处出现新的酯基伸缩振动峰,说明PEG已经成功接枝到海藻酸分子链上.采用湿法纺丝技术,制备海藻酸聚乙二醇酯纤维,考虑纺丝液浓度、凝固浴浓度、挤出速率、牵伸倍数等因素对可纺性的影响,结果表明:在纺丝液浓度3%,凝固浴浓度5%,纺丝速度27s-1,牵伸倍数为2倍的工艺条件时,纤维力学性能最好,最大力学性能为1.59 c N/d Tex.采用差示扫描量热法(DSC)和热重分析(TGA)对纤维进行热分析,采用单纤强力仪对海藻酸酯纤维的力学性能进行测试,结果表明:海藻酸聚乙二醇酯具有较好的热稳定性,耐热温度达到280℃,聚乙二醇分子量越低,越容易跟海藻酸上的羧基结合生成酯,从而形成网络结构或者封闭的环状化合物;SEM结果可以看出聚乙二醇的引入增加了纤维表面的光滑度.
- 作者：
- 焦玉龙
- 学位授予单位：
- 大连工业大学
- 专业名称：
- 材料科学与工程
- 授予学位：
- 硕士
- 学位年度：
- 2016年
- 导师姓名：
- 张鸿
- 中图分类号：
- TQ340.1
- 关键词：
- 海藻酸钠；聚乙二醇；大单体接枝；酯化反应
- Sodium alginate; Polyethyleneglycol; Macromer graft; Esterification er; Polyethylene glycol; Electrospinning;