论文总字数：16032字

摘 要

本文采用自由基溶液聚合法，以过硫酸铵为引发体系，研究了壳聚糖与丙烯酰胺和DMEMAAB的三元共聚。系统考察了单体质量比，反应温度和引发剂浓度对产物转化率和接枝效率的影响。较佳实验条件为壳聚糖:丙烯酰胺:DMEMAAB比为1:10:1.5，反应温度为40℃，引发剂浓度0.06mmol.L^-1，所得产物的转化率为72.3%，接枝效率为61.4%。并考察了所得三元共聚物对二氧化钛悬浊液的絮凝性能，实验表明所得的共聚物对模拟废水的浊度有较高的去除率。

关键词：壳聚糖；DMEMAAB； 丙烯酰胺；接枝共聚；转化率；接枝效率；絮凝

Preparation and Properties of Chitosan-AM-DMEMAAB terpolymer

Abstract

This paper studies the chitosan and acrylamide and DMEMAAB graft copolymerization. Radical solution polymerization using ammonium per sulfate as the initiator system to study the chitosan and acrylamide and DMEMAAB quality ratio, reaction temperature, initiator concentration on graft copolymerization reaction, and the reaction is obtained through data analysis optimal experimental conditions, the optimum conditions for the chitosan and acrylamide and DMEMAAB ratio 1:10:1.5, the temperature is 40 degrees, initiator concentration 0.06mmol.L^-1, the monomer conversion and grafting efficiency were 72.3% and 61.4%, the resulting graft copolymer with treated wastewater, experiments show that the resulting copolymer has a higher turbidity wastewater removal.

Keywords: chitosan; DMEMAAB; acrylamide; graft copolymer; percent conversion; grafting efficiency; flocculation

目 录

摘要……………………………………………………………………………Ⅰ

ABSTRACT…………………………………………………………………..Ⅱ

1. 绪论…………………………………………………………………..Ⅲ
   1. 壳聚糖的概况……………………………………………………………1
   2. 壳聚糖的性能……………………………………………………………2

1.3壳聚糖的应用…………………………………………………………....3

1.4壳聚糖的化学改性方式………………………………………………....4

1.5壳聚糖接枝共聚反应方式……………………………………………....5

1.6 本论文的主要工作……………………………………………………....6

1. 实验部分……………………………………………………………...7

2.1 实验药品和仪器…………………………………………………………8

2.1.1 实验仪器…………………………………………………………….9

2.1.2 实验药品…………………………………………………………...10

2.2 壳聚糖-AM-DMEMAAB共聚物的制备……………………………...11

2.2.1 DMEMAAB共聚物的制备……………………………………….12

2.2.2 壳聚糖-AM-DMEMAAB共聚物的制备…………………………13

2.3 单体转化率和接枝效率的测定……………………………………….14

2.4 絮凝实验……………………………………………………………….15

1. 结果与讨论…………………………………………………………..16

3.1 反应物配比的影响……………………………………………………..17

3.2 引发剂浓度的影响……………………………………………………..18

3.3 反应温度的影响………………………………………………………..19

3.4 絮凝实验结果…………………………………………………………..20

1. 总结…………………………………………………………………...21

4.1 本次研究工作的主要进展……………………………………………..22

4.2 进一步的工作建议……………………………………………………..23

参考文献……………………………………………………………………...24

致谢…………………………………………………………………………...25

1. 绪论

1.1壳聚糖的概况

壳聚糖（chitosan）简写为CTS，是甲壳素脱去乙酰基后的产物。其化学名为(1,4)-2-氨基-2-脱氧-β -D-葡聚糖。壳聚糖含有游离的氨基，能结合酸分子，是天然多糖中唯一的碱性多糖，也是少数具有正电荷的天然产物之一，这种独特的性质使其具有潜在的应用价值。^[22]甲壳素按照晶体结构分为α型，β型和γ型三种，其中α型最为稳定，也是自然界中最广泛存在的类型。壳聚糖由于制备工艺，纯度，脱乙酰度的不同，外观呈现白色或淡黄色粉末或小片状，分子量在几十万和几百万之间。不同分子量使得壳聚糖的粘度也不同，高粘度壳聚糖的粘度为1000×10^-3Pa.s。中粘度的为(100~1000) × 10^-3Pa.s，低粘度的为100 × 10^-3Pa.s。壳聚糖分子链上分布着很多羟基，氨基，还有一些N-乙酰氨基，他们会形成分子内和分子间的氢键。由于氢键的作用，使甲壳素分子间存在着有序的结构，分子链的刚性较大，结构致密，结晶度高，不溶于水和碱液。壳聚糖可以溶于稀的盐酸，硝酸等无机酸和大多数有机酸，如甲酸，乙酸等，但不溶于稀的硫酸，磷酸。一般配置稀酸的浓度为1% ~2%，不同分子量的壳聚糖溶解速度不同，分子量越高溶解的越慢。溶解后的壳聚糖溶液很容易水解，使得分子量降低，表现为溶液的粘度降低，溶液变稀，所以壳聚糖的溶液需要用时配置，不宜放置^[1]。

1.2壳聚糖的性能

1. 分子量和脱乙酰度

影响壳聚糖性能的主要因素是分子量和脱乙酰度。壳聚糖是甲壳素脱乙酰基后的产物，实际上在制备过程中，乙酰基不能完全脱去，脱去的位置和数量比较随机，所以壳聚糖实际上是分子侧链含有乙酰基和不含有乙酰基的单元结构的杂和物。脱乙酰基越高则表现出越多壳聚糖的特性，视为纯度高，越低则表现出甲壳素的特性。分子量是另一个基本性质，分子量不是越高或者越低就越好。不同分子量的壳聚糖应用于不同的领域，高分子量的壳聚糖因其分子中有较多的活性基团，具有与金属离子络合的性能，而且能吸附悬浊物，有机物等。所以主要用作处理污水的絮凝剂。中等分子量的壳聚糖主要用于纺织，印染，胶合剂等方面。低分子量的壳聚糖可用于食品包装，口服抗酸剂等^[3]。

1. 螯合性能

壳聚糖分子中氨基可与醛，酮反应生成亚胺(希夫碱)，该类壳聚糖希夫碱具有优良的金属离子螯合能力，如乙酰丙酮壳聚糖希夫碱对Cu² ,Co² 都有特殊的螯合能力^[5]。

1. 成膜性

壳聚糖的成膜性与其分子内部结构有很大关系。壳聚糖是部分脱乙酰化的氨基葡萄糖，其脱乙酰化度会影响膜的性质。脱乙酰化度越高，膜的溶胀性越低，制备的膜的抗拉强度越高。另外壳聚糖分子量的大小对成膜性和膜的性质的影响非常大。其分子量越低，膜的抗拉强度越低，膜的通透性越强。分子量越大，分子晶型结构就越多，分子间高度缠结，因而分子的柔顺性较差，抗拉强度较高，同时膜的通透性也较差。此外壳聚糖作为一种多糖，具有降解性，一经降解，其分子量就会变小，膜的性质也会随之改变^[4]。

1. 抗菌性和保湿性

壳聚糖的结构中含有多个羟基和氨基登极性基团，有极好的水和能力保湿性能好。同时分子中的氨基又能和细菌细胞壁表面的阴离子结合，阻碍其生物合成而起到抗菌作用。壳聚糖产生抗菌性有三个方法：一是将高分子量的壳聚糖用盐酸或酶处理使氨基葡萄糖5~6个连续的低聚糖：二是将壳聚糖的分子量变成4~5万的低级分解物，粒子直径一般在5um以下：最后是将壳聚糖季铵盐化^[2]。

1.3壳聚糖的应用

1. 在塑料工业上的应用

日本用壳聚糖搀和纤维素和其他组分，制成半透明片材，其强度与普通工

程塑料相当，可用于农膜，地膜和包装薄膜。用后埋在土中35天可完全分解成二氧化碳和水，是一种具有开发前景的生物降解塑料^[6]。

1. 在轻工领域的应用

壳聚糖具有乳化稳定性，保湿作用，毛发保护和抗静电作用，可用于日用化妆品的柔软剂，增稠剂，乳化稳定剂和头发保护剂等。壳聚糖还是良好的牙膏和口香糖添加剂^[8]。

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