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2019-12-06

壳聚糖作为一种重要的具有可降解性和良好生物相容性的天然高分子多糖,在自然界中其含量之丰富仅次于纤维素和淀粉。壳聚糖衍生物在各个领域如农业、食品、生物医药和环境工程具有广泛的应用前景和实际应用价值,因而越来越引起人们的重视并致力于探索具有良好应用功能的壳聚糖衍生物的结构修饰方法。 本研究的目的是探索制备壳聚糖衍生物的方法,并对产物的应用性能进行研究,为壳聚糖生物聚合物的应用提供有力的理论依据。基于“活性基团叠加”原理,本研究合成了氨基硫脲交联壳聚糖、氨基噻二唑修饰壳聚糖、6-位氨基化壳聚糖和壳聚糖接枝甲基丙烯酸甲酯-co-甲基丙烯酸失水甘油酯共聚物静电纺丝纤维。对所有产物采用红外、元素分析、热分析、粉末衍射和扫描电镜方法进行了研究和表征。通过抑菌、抗腐蚀和重金属吸附研究,发现所得化合物呈现出良好的应用性能,并进一步探索了吸附和抗腐蚀机理。主要研究结果如下: 1.本研究采用一种简单的“一锅法”反应,将功能基团氨基硫脲(TS)和硫代卡巴肼(TC)成功接入壳聚糖结构,制备出两个结构新颖的壳聚糖衍生物。溶胀测试发现,两种产物均可形成pH依赖的凝胶,具有良好的吸水性。内蒙古火狐体育手机官网采用电化学极化曲线法,研究了两种产物的抗腐蚀能力。结果表明氨基硫脲修饰壳聚糖(TCFCS)可用作混合型腐蚀抑制剂,内蒙古玉嘧磺胺通过与金属表面的吸附作用,抑制腐蚀的发生。对钢和铜的腐蚀抑制效率分别可达到92%和88%。对混合金属离子溶液的吸附实验结果表明,两种材料的吸附效率可达66.4-99.9%,对于五价砷、铅离子和镉离子的吸附效率尤其明显。氨基硫脲修饰壳聚糖(TSFCS)对铅离子和镉离子的吸附机制和吸附能力的研究表明,和文献报道相比较,TSFCS具有良好的吸附能力(吸附容量镉157.2mg/g、铅245.2mg/g);吸附过程服从准二级动力学方程和朗格缪尔模型;该吸附剂在经过5个轮次的吸附-解析之后,依然可达到80%以上的吸附率。采用抑菌圈法测定了这些化合物对2种革兰氏阳性菌(金黄色葡萄球菌和枯草芽孢杆菌)和2种革兰氏阴性菌(大肠杆菌和铜绿假单胞菌)的抑菌活性。结果表明,所得到的两种产物均具有一定的抑菌活性,但略低于原料壳聚糖。 2.合成了经过两次交联的壳聚糖并研究了其性质。首先将环氧基引入到2-氨基被保护的壳聚糖结构,随后通过环氧基与水合肼之间的开环反应,获得壳聚糖的肼解交联产物。此后,再采用甲醛为偶联试剂,将TC引入到交联的壳聚糖结构中,形成新的交联产物。短期的电化学测试结果表明,所有的产物都存在不同程度的抗腐蚀能力,可充当混合型金属腐蚀抑制剂。交联产物TCHECS比不含TC基团的产物HECS抗腐蚀能力更为明显,对金属铜的腐蚀抑制效率可达88%。两种样品对金属离子混合溶液的吸附结果表明,TCHECS可以更有效的吸附砷(V)、镍(II)、铜(II)、镉(II)和铅(II)离子,吸附效率在55.6-99.9%之间。上述结果表明,TC基团的引入显著提升了产物的吸附和抗腐蚀性能。抑菌实验结果表明所得到的两种产物均具有一定的抑菌活性,内蒙古玉嘧磺胺但是略低于原料壳聚糖。 3.采用新的合成方法,在壳聚糖结构中化学活性较强的6-位引入新的氨基或含有氨基的功能基团。内蒙古氨基火狐体育手机官网一方面,通过巯基-环氧基间的“click”反应,将半胱氨(CT)和2-巯基-5-氨基-1,3,4-噻二唑(AMT)用于壳聚糖结构的修饰,分别成功制得氨基和氨基噻二唑功能化的壳聚糖衍生物CYECS和AMECS。另一方面,发展了一种制备6-氨基-6-去氧壳聚糖(AMCS)的新方法。电化学研究结果表明,含有噻二唑杂环的壳聚糖衍生物有良好的对铜腐蚀抑制能力,抑制效率可达93%,这表明AMT的引入增强了壳聚糖的抗腐蚀能力。抑菌结果表明,所得到的产物均具有一定的抑菌活性,CYECS以及AMCS的抑菌性能均高于原料壳聚糖,说明活性氨基的引入,促进了壳聚糖的抑菌能力。制备了的聚(甲基丙烯酸甲酯-co-甲基丙烯酸失水甘油酯)静电纺丝纤维,探索了壳聚糖接枝纺丝的方法条件,对所得壳聚糖接枝的静电纺丝进行了表征。 所有结果表明,本文所发展的“一锅法”和“click”反应的合成思路对于制备基于壳聚糖的功能材料有重要意义。经过引进氨基硫脲或氨基噻二唑杂环基团修饰之后的壳聚糖,络合吸附能力和抗腐蚀能力明显增强,可用来充当重金属离子吸附剂和金属腐蚀抑制剂;氨基化修饰之后的壳聚糖呈现出良好的优于其母体的抑菌活性。发展了一种制备壳聚糖接枝聚丙烯酸酯纳米纤维的方法,为将壳聚糖用于其他合成高分子纤维的结构修饰,内蒙古玉嘧磺胺提供了思路,对后续进行更深入的有关壳聚糖的研究和开发具有重要意义。

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