论文总字数：17780字

摘 要

本文从可溶性淀粉、丙烯酸制备可溶性淀粉的反应出发，研究了可溶性淀粉水凝胶的制备方法，此外，偶氮二异丁腈为引发剂，N’N-亚甲基双丙烯酰胺作为交联剂，可溶性淀粉制备化学交联性淀粉水凝胶。详细研究在不同可溶性淀粉质量、丙烯酸用量的不同以及交联剂用量对制备可溶性淀粉水凝胶的影响。结果表明交联剂的质量改变对淀粉水凝胶的影响效果不显着，然而随着丙烯酸的用量增加，从而导致制备的水凝胶呈胶体状更加明显。并对不同条件下制备的可溶性淀粉水凝胶进行FTIR的表征分析。

针对新型材料的研究发展，选择橙黄G作为可溶性淀粉水凝胶的吸附对象，详细研究了可溶性淀粉水凝胶在不同浓度、pH值、自身质量以及时间差异等条件下吸附性能的影响。运用朗格缪尔吸附等温线研究整个吸附过程。不同水凝胶分别在0.002g/L、0.004g/L、0.006g/L、0.008g/L、0.01g/L不同浓度下进行吸附作用；采用了pH值为0.9、1.22、7.03、11.18、12.02的橙黄G溶液；吸附时间分别是1h、2h、3h、4h、24h；称取0.1g、0.2g、0.3g不同质量淀粉水凝胶进行研究实验。通过紫外分光光度计对吸光度的测定，结果显示可溶性淀粉水凝胶的吸附能力在高浓度条件下更好；同时随着pH的变大，使得吸附能力的增强；事实证明，相同条件下，质量越大吸附能力越强；同样时间越久吸附能力也越强。

关键词：淀粉水凝胶；化学交联；橙黄G吸附

The Research of Adsorption Capacity of Hydrogel Based on Soluble Starch

Abstract

In this paper,the preparation of soluble starch from soluble starch and acrylic acid was studied.The preparation method of soluble starch hydrogel was studied.In addition,azobisisobutyronitrile was used as the initiator and N"N-methylenebisacrylamide was used as the crosslinking agent.Soluble starch prepares chemically cross-linked starch hydrogels.The effects of different soluble starch quality, different amounts of acrylic acid, and the amount of cross-linking agent on the preparation of soluble starch hydrogels were studied in detail. The results showed that the effect of crosslinker quality on the starch hydrogel was not significant, but as the amount of acrylic acid increased, the resulting hydrogel became more colloidal. The soluble starch hydrogels prepared under different conditions were characterized by FTIR.

For the research and development of new materials, Orange Yellow G was selected as the adsorption target of soluble starch hydrogels. The effect of soluble starch hydrogels on the adsorption performance under different conditions, such as different concentrations, pH value, self quality and time difference was studied in detail. The Langmuir adsorption isotherm was used to study the entire adsorption process. Different hydrogels were adsorbed at different concentrations of 0.002 g/L, 0.004 g/L, 0.006 g/L, 0.008 g/L, and 0.01 g/L, respectively; An orange yellow G solution with pH values of 0.9, 1.22, 7.03, 11.18, and 12.02 was used; The adsorption time was 1h, 2h, 3h, 4h, 24h respectively; Weigh 0.1g, 0.2g, 0.3g different quality starch hydrogels for research experiments. Absorbance measurement by UV spectrophotometer, The results show that the sorption capacity of soluble starch hydrogels is better under high concentration conditions; At the same time, as the pH becomes larger, the adsorption capacity increases; Facts have proved that under the same conditions, the higher the mass, the stronger the adsorption capacity; The longer the same time, the stronger the adsorption capacity.

Key words: Starch hydrogel; Chemical crosslinking; Orange Yellow G Adsorption

目 录

摘 要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1 淀粉的概述 1

1.2 水凝胶的概述 1

1.2.1 水凝胶的简介 1

1.2.2 水凝胶的分类 1

1.3 淀粉水凝胶的概述 2

1.4 淀粉水凝胶的制备 2

1.4.1 化学交联法 2

1.4.2 物理交联法 2

1.4.3 辐射交联法 3

1.5 橙黄G染料的概述 3

1.6 本论文研究的内容及意义 3

第二章 实验仪器设备与过程 5

2.1 实验原料 5

2.2 实验仪器 5

2.3 实验内容 6

2.3.1 搭建装置 6

2.3.2 制备可溶性淀粉水凝胶 6

2.4 样品表征 6

2.4.1 FTIR—傅里叶变换红外光谱仪 6

2.4.2 紫外分光光度计 7

第三章 结果与讨论 8

3.1 可溶性淀粉水凝胶结构性能表征与分析 8

3.2 可溶性淀粉水凝胶吸附性能研究 9

3.2.1 橙黄G染料标准曲线 9

3.2.2 可溶性淀粉水凝胶对橙黄G吸附分析 11

第四章 结论 15

结论 15

展望 15

致 谢 16

参考文献 17

第一章 绪论

1.1 淀粉的概述

淀粉是自然界中最丰富的碳水化合物，特别是富含在种子、块茎和块根等器官中。淀粉是聚合的葡萄糖分子，它再以碳水化合物形式存在于最普遍的细胞中。^[1] 人们通过淀粉获取能量。^[2] 因此有很好的生物相容性，非免疫原性，同时，各种胃肠疾病，并在处方中使用，它能被血液快速吸收，在各组织中生物降解、退化。淀粉可以被分为直链淀粉和支链淀粉。直链淀粉无分支淀粉样变性的螺旋结构； 24到30个葡萄糖残基以α-1,4-糖苷键首尾相连却组成了支链淀粉，α-1,6-糖苷键位于支链处。还有不同的一点是，直链淀粉遇到碘液呈蓝色，但是加入了支链淀粉，碘液则变成紫红色。淀粉可以被认为是一种葡萄糖聚合物。除可食用淀粉外，在工业上用于制备糊精、麦芽糖、葡萄糖、酒精等，在调制印花浆、纺织品的上浆、纸张的上胶、药物片剂的压制等方面也得到很多的应用。

图1.1 淀粉结构图

1.2 水凝胶的概述

1.2.1 水凝胶的简介

水凝胶是一种基于凝胶的分散介质。在水溶性聚合物中具有交联网络结构，引入部分疏水和亲水基团，亲水分子的残留物和水分子的分子结合，同时与聚合物内部相连，在水中膨胀。同时也是一种网状系统，在柔性聚合物性质中，能够保持形状不发生改变，也能够吸收大量的水。这导致了物理化学环境和类似细胞外的水凝胶的性质，是水凝胶的生物相容性；此外，具有可生物降解性、形状容易发生变化、抗拉强度的特点。

1.2.2 水凝胶的分类

对多种水凝胶进行分类，根据其原料来源不同，分为聚合物合成凝胶和聚合物凝胶。聚合物合成水凝胶是通过合成聚合物的交联获得的，如PHEMA、聚丙烯酰胺、聚丙烯酸等。聚合物凝胶是一种由交联形成的天然聚合物，如肌肉、琼脂、魔芋等。通过交联方式的不同，水凝胶还可分为物理交联和化学交联。物理交联方法是分子链、氢键、疏水分子链的相互作用和结晶形成的交联水凝胶。它具有一定可逆性，可以通过改变物理条件，如温度、pH值、校正离子电阻来获得，在凝胶形成过程中的破坏结构中，不涉及有机溶剂、化学交联剂和化学反应。大多数天然聚合物凝胶都是属于物理交联。但化学交联水凝胶是一种通过形成化学键的三维交联聚合物网络，具有一定的不可逆性，可将其分为不可降解和可生物降解的水凝胶。大多数聚合物合成水凝胶都是属于这一类。 “传统型”水凝胶和“智能型”水凝胶是通过不同的功能而进行分类的。“传统型”水凝胶不含有水凝胶特性；然而 “智能型”水凝胶分为两种，不同程度的变化对反应环境的影响，称为“环境敏感型水凝胶”，由于刺激信号的程度不同，这种水凝胶还可以分为温度敏感型、pH值敏感型、光敏感型、磁场敏感型和电场敏感型等水凝胶。另一种则是对特殊的物质具有识别作用。^[3]

1.3 淀粉水凝胶的概述

淀粉水凝胶是由交联水凝胶制备的接枝改性淀粉，在与其他天然聚合物相比较而言，淀粉成本低、污染较小、容易改性的优点而受到越来越多的关注。淀粉的脱水葡萄糖单元环上含有大量的羟基，这些羟基有形成复杂共聚物网络的潜力，能使淀粉水凝胶吸收大量的水^[4]。淀粉水凝胶不仅具有像淀粉一样无毒、可生物降解和生物活性的特点，还具有水凝胶大孔、吸水、保水、缓释的优点，因此，在农业、生物医药、药物运输等领域，离子吸附的方面获得了广泛的应用。

1.4 淀粉水凝胶的制备

水溶性或亲水聚合物可以交叉连接形成凝胶，聚合物主干链或侧链的一端有大量亲水基团，具有适当的交联网络结构是制备淀粉水凝胶的两个先天条件。制备淀粉水凝胶的起始原料是聚合物（淀粉），因此，制备淀粉凝胶的方法是聚合物交联法。化学交联、物理交联和辐射交联是制备淀粉水凝胶的三个方法。

1.4.1 化学交联法

化学交联水凝胶是在化学交联剂的作用下进行化学交联形成的，组合形成的聚合物链上的网状结构通过共价键相互连接，高温下条件下，不溶解、不熔化，通过这种方法制备的水凝胶可以永久不变。Sefton和 Merril^[5] 苯乙烯-丁二烯-苯乙烯三元共聚物羟基化表面膜，在刚性支撑表面覆盖一层软胶层。Kudela等^[6] 用含酰胺和羧基的水凝胶膜的丙烯腈的盐酸水解得到的凝胶。吴国杰等^[7] 戊二醛作为交联剂、聚乙烯醇和壳聚糖，用于聚乙烯醇和聚水凝胶的制备。

1.4.2 物理交联法

物理交联，例如静电相互作用，氢键和结合相互作用的离子，形成凝胶。这些水凝胶是非永久性的，水凝胶形成，也称为可逆水凝胶。在交联剂的作用下，影响了包埋物质的完整性，而且还含有大量有毒物质存在，因此必须除去未反应的交联剂在化学交联水凝胶使用之前。相比较而言，物理交联不存在使用交联剂所出现的问题，生产出来的胶体具有低毒性（甚至无毒），容易发生生物降解，在生物医学、药学等领域涉及较为广泛。王文俊等^[8] 以氯化铝、聚阴离子纤维素(PAC)和羟丙基甲基纤维素醚(HPMC)为起始原料，通过物理方法制备了一系列热缩型温性PAC/HPMC水凝胶，通过对凝胶的阻力，动态膨胀，耐热性和耐盐性研究得出PAC/HPMC水凝胶强度受到HPMC用量和相对分子质量影响。当 HPMC水溶液黏度为4Pa·S，加入量为0.10%时所制备的凝胶强度最大；与纯PAC凝胶相比，PAC/HPMC凝胶在去离子水中的平衡溶胀率有显着提高；在相浓度NaCl溶液中的溶涨率高于纯PAC凝胶；HPMC的存在使PAC/HPMC凝胶具有了温敏性。^[11]

1.4.3 辐射交联法

辐射交联，^[12]是一种长链聚合物间的交联反应，是指利用各种辐射诱导的。辐射法通常可分为紫外线和γ射线两种辐射法，就是通过电子束照射或者γ-光子照射，一个主要的主动自由基产生过程推动了聚合物链形成交联聚合物水凝胶的过程。这个过程有以下优点：任何的交联剂、引发剂等都不会在这个过程中出现，同时产品纯度高；操作比较方便，因为辐射反应一般在常温或低温下进行；在反应过程中，通过调节给予的辐射能量及强度，聚合物基材的形状和结构可以得到很好地控制。用辐射交联法生产出来的淀粉水凝胶非常广泛的适用在医学材料领域。水凝胶在一定温度和pH条件下的合成辐射敏感性，也是目前一种具有聚电解质聚合物水凝胶特性的化合物的合成工艺。例如，Chapiro等^[9]报道在辐射交联作用下，进行合成孔径相对比大的水凝胶高分子化合物。通过在溶液中添加不同的添加剂从而调节聚合物链之间，以及与水分子之间不同作用来调节凝胶孔径大小。

1.5 橙黄G染料的概述

橙黄G的中文学名是金橙G；同时还有一些别名，例如橙黄G、桔黄G、耐光橙G、酸性耐光桔黄、1-苯基偶氮-2-萘酚-6，8-二磺酸钠等等；一般我们称它为Orange G；分子式： C₁₆H₁₀N₂Na₂O₇S₂（如图1.2所示）；分子量则是425.37。

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