海藻酸钠/明胶(不同交联剂交联)(半)互穿网络膜的制备及性能研究

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随着石油资源的日益枯竭及土地资源与环境污染问题的日益严峻,天然可降解的生物质材料引起了全世界的广泛关注。海藻酸是一种由β-1,4-D甘露糖醛酸和α-1,4-D古洛糖醛酸组成的天然多糖,其来源广泛、价格低廉、无毒,具有良好的生物相容性及成膜性。明胶是由胶原蛋白水解而得的多肽混合物,无抗原性、易于吸收,是一种良好的生物医用材料。
  海藻酸钠以及明胶具有优良的生物相容性和低抗原性,但其较差的机械性能以及耐水性限制了其在生物医学中的应用,通过文献调研发现共混是提高高分子材料力学性能的有效途径之一,采用交联剂进行交联改性是提高高分子材料性能的有效途径之二。对于蛋白质类材料,其传统的交联剂(如戊二醛等)具有较强的细胞毒性,这在一定程度上限制了该类材料的应用,寻找合适的交联剂迫在眉睫。
  通过系统的文献调研,结合海藻酸钠及明胶的研究现状、存在的问题、市场需求及发展趋势,本论文选用几种不同的交联剂(戊二醛、氧化海藻酸钠、京尼平),通过改变交联条件(海藻酸钠与明胶质量比、交联时间、交联温度、固化浴浓度等),并以力学性能为指标进行工艺优化,制备出了基于不同交联剂交联的海藻酸钠/明胶(半)互穿网络膜,研究了其各种性能(力学性能、吸水保水性、热稳定性、交联性)。
  本论文获得的主要研究结果如下:
  (1)采用高碘酸钠氧化海藻酸钠成功制备了氧化海藻酸钠。主要研究了氧化时间、高碘酸钠与海藻酸钠的物质的量之比对氧化海藻酸钠氧化度的影响。研究结果表明氧化海藻酸钠的氧化度随着氧化时间的增加而增加,但是在4h之后基本趋于稳定;随着高碘酸钠用量的增加而增加,相对于氧化时间,高碘酸钠的用量是决定性因素。通过控制高碘酸钠的用量可以可控制备具有特定氧化度的氧化海藻酸钠。
  (2)通过流延成膜法成功制备了基于不同交联剂(戊二醛、氧化海藻酸钠、京尼平)交联的海藻酸钠/明胶(半)互穿网络膜。以力学性能指标为参考,研究了海藻酸钠/明胶质量比、交联剂用量、交联温度、固化浴浓度、固化时间等条件对(半)互穿网络膜力学性能的影响,找到了其最佳的制备工艺条件。结果表明:海藻酸钠/明胶(氧化海藻酸钠交联)(半)互穿网络膜的最佳制备工艺为:海藻酸钠/明胶质量比为2∶1,交联温度为40℃,固化浴浓度为5wt%,固化时间为30min;藻酸钠/明胶(京尼平交联)(半)互穿网络膜的最佳制备工艺为:海藻酸钠/明胶质量比为2∶1,明胶与京尼平质量比为200∶1,交联温度为40℃,固化浴浓度为5wt%,固化时间为30min。
  (3)采用不同的测试手段研究了基于不同交联剂交联的海藻酸钠/明胶(半)互穿网络膜的结构及力学性能、热稳定性能、吸水保水性能、交联度等性能。红外光谱研究结果表明,分别采用氧化海藻酸钠与京尼平可以成功交联明胶制备海藻酸钠/明胶(半)互穿网络膜,根据红外测试结果,分别推测了氧化海藻酸钠、京尼平交联明胶的机理及海藻酸钠/明胶(半)互穿网络结构的形成机理;力学性能测试结果表明,海藻酸钠/明胶(氧化海藻酸钠或京尼平交联)(半)互穿网络膜的力学性能优于海藻酸钠/明胶共混膜的力学性能,这也从侧面证实了氧化海藻酸钠、京尼平成功交联了明胶,可以采用氧化海藻酸钠、京尼平作为交联剂交联明胶制备海藻酸钠/明胶(半)互穿网络膜;在最佳制备工艺条件下,(半)互穿网络膜的力学性能随着明胶含量的增加呈现先增加后减小的趋势,在海藻酸钠与明胶质量比为2∶1时,(半)互穿网络膜的拉伸强度达到最大值;截面扫描电镜测试结果表明,当海藻酸钠/明胶质量比为2∶1时所制备的(半)互穿网络膜中海藻酸钠与明胶的相容性较好,没有出现明显的相分离的现象,从侧面说明了(半)互穿网络膜力学性能提高的原因;热分析结果表明,采用氧化海藻酸钠、京尼平作为交联剂的体系的热稳定性与采用戊二醛作为交联剂体系的相似;吸水保水性能测试结果表明,基于不同交联剂交联制备的海藻酸钠/明胶(半)互穿网络膜在去离子水、生理盐水中均具有良好的吸水保水性,其吸水保水性能随着膜中明胶含量的增加呈现先增加后降低的趋势。
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