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甲壳素凝胶/氧化淀粉双功能天然乳胶填料的研究

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摘要

第一章 绪论

1.1 改性淀粉的研究现状

1.1.1 淀粉的结构

1.1.2 淀粉的化学改性

1.1.3 淀粉的物理改性

1.1.4 淀粉的超微粉碎技术

1.2 甲壳素水凝胶的研究现状

1.2.1 甲壳素水凝胶的结构

1.2.2 甲壳素水凝胶的制备

1.2.3 甲壳素凝胶超声改性

1.2.4 甲壳素凝胶的应用

1.3 天然橡胶乳液的简介

1.4 橡胶用改性淀粉填料的研究现状

1.4.2 改性淀粉填料的研究现状

1.5 本课题的研究内容及意义

1.5.1 本课题的研究内容

1.5.2 本课题的研究意义

2.1 前言

2.2 实验部分

2.2.1 实验试剂与材料

2.2.2 实验仪器

2.2.3 实验方法

2.3 结果与讨论

2.3.1 UCG的红外谱图分析

2.3.2 UCG的XRD和热重分析

2.3.3 UCG的SEM分析

2.3.4 UCG的AFM分析

2.3.5 UCG的粒度分布

2.4 本章小结

第三章 甲壳素凝胶/氧化淀粉双功能填料的制备及其性能研究

3.1 前言

3.2 实验部分

3.2.1 实验试剂与材料

3.2.2 实验仪器

3.2.3 实验方法

3.3 结果与讨论

3.3.1 双功能填料的平均粒径

3.3.2 双功能填料的用量对橡胶乳液稳定性的影响

3.3.3 双功能填料的SEM分析

3.3.4 双功能填料的红外谱图分析

3.4 本章小结

第四章 甲壳素凝胶/氧化淀粉双功能填料与胶乳相互作用的研究

4.1 前言

4.2 实验部分

4.2.1 实验试剂与材料

4.2.2 实验仪器

4.2.3 实验方法

4.3 结果与讨论

4.3.1 甲壳素/淀粉/橡胶复合材料的红外分析

4.3.2 甲壳素/淀粉/橡胶复合材料的力学性能测试

4.3.3 甲壳素/淀粉/橡胶复合材料的SEM分析

4.3.4 甲壳素/淀粉/橡胶复合材料的抑菌性能

4.4 本章小结

5.1 结论

5.2 有待深入的研究工作

5.3 展望

参考文献

致谢

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摘要

目前,地球上60%产量的天然橡胶乳液用于生产浸渍品,如医用手套,胶管和气球等。这些浸渍品的用途和制作工艺特殊,对填料的功能性要求较高,对填料的加入方式也有一定的限制。
  本文针对浸渍橡胶制品力学性能差和容易滋生细菌等特点,采用超声技术结合乳液共混法制备了甲壳素凝胶/氧化淀粉双功能(即:补强与抗菌功能)天然乳胶填料及其与天然橡胶的复合物,通过红外光谱(FT-IR)、热重分析(TG)、扫描电子显微镜(SEM)、原子力显微镜(AFM)和动态光散射(DLS)等表征手段,研究了超声改性甲壳素凝胶(简称为UCG)、甲壳素凝胶/氧化淀粉填料以及双功能填料与天然橡胶的复合物的形貌和结构,特别是微结构与演化、填料的粒径分布、稳定性等影响因素,以及双功能填料对天然胶乳的机械力学、抗菌等性能的影响,探讨了甲壳素凝胶自组装及其与氧化淀粉、双功能填料与胶乳的界面作用。研究结果如下:
  (1)FT-IR、XRD和TG研究结果表明:超声作用使UCG氢键网络重组,UCG的结晶度和热稳定性随超声处理时间的增加,先明显降低然后再缓慢升高;SEM、AFM和DLS结果显示,UCG微结构的演化、粒径和纳米凝胶的含量与超声处理时间有关,随超声处理时间的增加UCG由纳米球通过氢键网络重组演化为纳米纤维;凝胶的平均粒径由64.2μm下降到9.1μm,纳米凝胶的含量由0%上升到39%;当超声处理时间超过210min,UCG团聚明显。
  (2)UCG与氧化淀粉是在氢键等弱作用力驱动下,形成甲壳素凝胶/氧化淀粉双功能填料,平均粒径从6.70μm下降到5.53μm。随着UCG加入量的增加,双功能填料的表面吸附层的微结构发生演化,由颗粒状到纤维状,到絮状,再渐变为片状。当甲壳素凝胶的加入量为0.75%时,表面吸附层的面积为5%,双功能填料与胶乳的相容性较好,混合液的机械稳定度为651s,稳定性较好。
  (3)FT-IR和SEM说明,双功能填料与橡胶之间的界面作用强,属于化学键合。与单一组分的UCG或氧化淀粉相比,双功能填料表面形成的颗粒、纤维状或絮状物的吸附层可以增强填料与天然橡胶的界面作用面积,进而增强界面作用,偶联剂的添加能有效提高橡胶与双功能填料之间的界面作用,当偶联剂的用量为5%,UCG的用量为0.75%,氧化淀粉乳液的用量为10%,复合材料对天然橡胶的补强效果良好。
  (4)抗菌测试说明,天然橡胶自身不具有抑菌性能,超声改性时间为270min时,UCG与没有超声处理的甲壳素凝胶相比的表现出良好抗菌性能,抑菌率为99%。双功能填料加入后,甲壳素/淀粉/橡胶复合材料对大肠杆菌和金黄葡萄菌表现出了一定的抑菌性,且抑菌性随着双功能填料的用量增加而增加。

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