二醋酸纤维素功能化及其应用

来源 :湖南大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:yaodanmeidan
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二醋酸纤维素(cellulose diacetate,CDA)可以加工成纤维和膜等形状,本文在其原有特性的基础上,从三个方向对其进行功能化改性研究,(1)研究了对有害气体吸附功能性二醋酸纤维素;(2)研究了对环境友好的生物降解功能性二醋酸纤维素;(3)研究了药物缓释功能性的二醋酸纤维素。   (1)在吸附功能性二醋酸纤维素研究中,以硅烷偶联剂为分散剂,将SiO2均匀稳定分散于二醋酸纤维素(CDA)纺丝浆液中,制备了CDA-SiO2复合纤维材料,应用于降低卷烟烟气中的焦油释放量。采用热重(thermogravimetric,TG)分析、激光粒度仪、透射电镜(transmission electron microscopy,TEM)、扫描电镜(scanning electron microscopy,SEM)、低温氮吸附法(N2 adsorption-desorption,BET)等研究手段对制备的CDA-SiO2复合纤维材料进行了表征,结果表明,纳米SiO2粒子能有效地分散于CDA中,SiO2粒子大小与分散剂的种类、添加方式及SiO2的添加量有关,发现以γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷(KH570)为分散剂,SiO2添加量为2[%](SiO2:KH570=1:0.08)时,粒径分布主要在100纳米左右,且CDA-SiO2复合纤维材料比表面积提高了一倍多(达0.81 m2/g)。研究了SiO2粒子在CDA纺丝浆液中的流变性能和SiO2粒子在CDA-SiO2复合纤维材料中的物化性能,添加适量的SiO2不影响CDA纺丝浆液的流变性能,且能提高CDA-SiO2复合纤维材料的热稳定性。将研制的CDA-SiO2复合纤维材料进行卷烟滤嘴成型,卷接烟支,发现这种新型嘴棒材料在不改变卷烟吸味的前提下,能有效降低卷烟烟气中的焦油释放量,认为在CDA中添加纳米SiO2粒子对吸附卷烟烟气中的焦油作用显著。   (2)在生物降解功能化醋酸纤维素研究中,将二醋酸纤维素与聚乙二醇共混,制备了新型纤维素材料CDA-PEG共混纤维,采用电子扫描电镜、热分析仪、粘度仪、强力仪、单丝强力细度仪等研究手段对制备的CDA-PEG共混纤维材料进行了表征。实验结果表明:加入适量的PEG到CDA丙酮浆液中,并不影响二醋酸纤维素纺丝浆液的流变性能,同时共混纤维的力学性能也同样可以满足醋纤的正常纺丝与应用。   按照欧洲标准OECD303、OECD301,采用特定微生物体外试验法,从自然界土壤和不同材料的堆肥中筛选出了一组高效的分解菌。依据单个菌种与相互混合菌种对改性纤维素类样品的分解程度,发现各个菌种都有一定的降解能力,但两种混合菌种的降解能力最好。采用分子生物学技术手段,对菌株1和菌株2进行了分子生物学鉴定。通过16S rDNA通用引物进行PCR扩增、PCR扩增产物的克隆测序以及对测序结果的BLAST比对分析,确定了菌株的分类进化地位及多样性水平。结果显示菌株1属于绿藻菌属(chlorella),与Chlorella sp.F36-ZK和C.sorokiniana 最为相似,同源性均为97[%],可能是一个新种。菌株2属于大头茶属(gordonia),与Gordonia rubripertinctus strain DSM43197T和Gordonia rubripertinctus strain AGP1-3最为相似,同源性均为98[%]。运用扫描电镜分别对筛选的菌株1和2的形态结构进行了研究,菌株1较分散,全部为单生,没有对生、链生形式的细菌,菌株2分布较集中,大部分为链生,有少量单生菌存在,大部分的链生菌株以四个菌株组成的细菌链存在,有少量细菌对生。   对以上新型生物降解材料采用特定微生物体外试验法进行了生物降解测试:实验结果表明,经由一系列的实验筛选到具有较强降解能力的微生物,通过比较发现它们混合时的降解效果最佳,显示出了明显的协同作用。降解顺序依次是50[%]PEG+50[%]CDA>30[%]PEG+70[%]CDA>10[%]PEG+90[%]CDA>PEG-HDI+CDA>PEG-TDI-CDA>PEG+CDA 纤维>pure CDA 纤维>pure CDA薄膜。混合的分解菌对含50[%]PEG的CDA薄膜降解最快。说明PEG的加入大大增加了二醋酸纤维素的降解速度。   (3)在药物缓释功能性二醋纤的研究中,将二醋酸纤维素与甲苯-2,4-二异氰酸酯(toluene,2,4-diisocyanate,TDI)首先进行预聚反应,合成了含异氰酸根的预聚体(CDA-NCO),与不同配比的β-CD(β-cyclodextrin)进行接枝反应,合成了一系列二醋酸纤维素与环糊精接枝共聚物。考察了反应温度、时间、配比对反应的影响。使用核磁共振氢谱、碳谱进行了结构表征;利用TG和DSC(differential scanning calorimetry)考察了材料的热力学性能,并将固载产物应用于药物释放。结果表明:在模拟肠液(pH =7.4)时,用动态渗析法测定药物萘普生体外释药性能,在接枝率为68.7[%]时,释放时间达到8h以上,药物缓释效果良好。   在对均聚N-异丙基丙烯酰胺(简称PNIPA,poly N-isopropylacrylamide)凝胶、NIPA-co-MAA(甲基丙烯酰胺,简称MAA,methacryl-amide)共聚凝胶、NIPA-co-BMA(甲基丙烯酸丁酯,简称BMA,butyl methacrylate)共聚凝胶三种温敏凝胶的制备和性能的研究的基础上,挑选出合适的凝胶作为药物释放载体,考察在包埋药物和释放的过程中,不同条件对凝胶的影响。建立了新型的药物缓释系统,并在模拟人体体温(37℃)胃肠液pH值的条件下进行药物的释放实验,研究凝胶的药物释放规律。还在不同的温度区间释放药物对比了不同凝胶的情况,观察其是否具有应用价值。发现凝胶不但在人体体温(37℃)环境中释药平缓均匀,并且在胃液酸性环境中释放差,可以极好的减少副作用,具有靶向释药的前景。   在此基础上,制备了二醋酸纤维素包载NIPA-co-MAA新型凝胶药物释放器。该释放器用非透过性的胶囊CDA包裹,利用聚乙二醇(PEG)作致孔剂形成胶囊药物释放孔,凝胶即使在高温中收缩,由于表皮层不紧致,药物可以通过释放孔连续释放。当凝胶在低温时,由于胶囊充分溶胀,从而抑制药物从释放器中放出。结果显示,通过在凝胶表面包裹醋纤膜,使得凝胶转换成温度响应型的药物释放器。可以考虑退热剂的实际应用。
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