“淀粉基仿壳聚糖复合物”的构建及其用作造纸助剂的研究

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“仿学”是模仿一切、学习一切的科学,具有高度普适性。基于对“仿学”的理解,在前人有关“仿壳聚糖”概念的基础上,以超分子化学为理论基础,利用淀粉与壳聚糖结构的相似性,借助淀粉与脂肪胺等配体分子的超分子包合作用,构建“淀粉基仿壳聚糖复合物”,实现淀粉的氨基化修饰,借助紫外可见吸收光谱、傅里叶变换红外光谱、X射线衍射、差示扫描量热法和扫描电子显微镜等手段对复合物的结构与性能进行表征,对“淀粉基仿壳聚糖复合物”用作造纸助剂的应用效果进行了初步探究。“淀粉基仿壳聚糖复合物”的形成涉及的主要路径包括:(1)原淀粉在水热条件下润胀、糊化,直链淀粉与支链淀粉溶出;(2)配体的疏水尾链与淀粉螺旋空腔通过疏水相互作用包合,形成含有氨基的复合结构。配体的加入可调控淀粉结构,降低结晶度,延缓回生,使“淀粉基仿壳聚糖复合物”带有电荷,提升分散液的稳定性。“仿壳聚糖复合物”在酸性溶液中具有一定溶解性,在碱性条件下形成沉淀。在此基础上,利用脂肪胺和脂肪酸两种配体实现了“仿壳聚糖复合物”的羧基化,使其在碱性溶液中可溶。“淀粉基仿壳聚糖复合物”不是简单的物质混合,而是包合结构、游离配体与淀粉等多组分、多尺度共存,氢键、范德华力和物理缠结多作用力共存的复杂体系。配体用量为1.5%~2%的“淀粉基仿壳聚糖复合物”及其羧基化衍生物的分散性较好,包合指数为67.67%~74.72%。对“淀粉基仿壳聚糖复合物”用作造纸助剂的效果进行了初步探索,复合物成膜性良好,其透明度高于原淀粉膜。鉴于复合物水溶性良好,将其作为助剂在造纸湿部添加,复合物分布于纤维与填料的网络结构中,对纤维/填料结合力有一定提升,添加复合物的纸页中填料颗粒明显增多,纸张孔隙减少,但当添加量低时,对纸页性能无明显影响。“淀粉基仿壳聚糖复合物”的表面添加可提高纸的疏水性,形成功能性薄膜结构。本论文提出一种以成本低、环保无毒的天然高分子——玉米原淀粉为主体分子,以脂肪胺和脂肪酸为配体,通过主客体识别与疏水相互作用,有选择性地引入特定官能团,构建与壳聚糖结构相似的“淀粉基仿壳聚糖复合物”的研究设想。经验证,该设想可行且设计策略灵活,既能模仿模板分子的优点(如引入功能性基团),又能规避缺点(如水溶性明显高于壳聚糖)。“淀粉基仿壳聚糖复合物”的构建在丰富淀粉功能化理论的同时,也可为淀粉及其复合物在造纸中的高效应用提供有益思路。
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