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多孔淀粉微球的制备及性能研究

作者:市场营销
出处:www.lunrr.com
时间:2020-04-16

为了更好地开发利用淀粉微球,尝试了一种新的合成方法制备淀粉微球,并讨论了各种因素对聚合过程和产品性能的影响。产品结构采用现代分析和测试方法。 淀粉微球是一种新型吸附材料。研究了淀粉微球在Vc上的吸附性能和淀粉微球作为干燥剂的干燥性能。

主要研究内容和结果如下:

(1)以可溶性淀粉为原料,三偏磷酸钠为交联剂,司盘80为乳化剂,大豆油为油相,采用反相悬浮交联法制备食用淀粉微球。 通过单因素实验和正交实验,研究了制备条件对多孔微球交联度和磷含量的影响。结果表明,反相悬浮法合成淀粉微球工艺简单,反应时间短,反应条件温和,因素易于控制,重现性好。

(2)讨论了不同分子量的成孔剂聚乙二醇600、1000、2000、4000、6000、000、000、000以及不同剂量的聚乙二醇和三偏磷酸钠对亚甲基蓝吸附的影响。通过实验,确定了最佳条件:成孔剂聚乙二醇的分子量为4000,6000,聚乙二醇用量为0.08 g/g淀粉,反应时间为5 h,三偏磷酸钠用量为0.8%淀粉。

(3)使成孔剂聚乙二醇的分子量为4000和6000,制备的微球用于吸附Vc。结果表明,由成孔剂聚乙二醇4000制备的微球吸附性能最好,释放速率最小,最适合储存易氧化的Vc。

(4)以聚乙二醇4000为造孔剂,大豆油为油相,制备了多孔淀粉 多孔淀粉由5g可溶性淀粉、0.6 g三偏磷酸钠和1g聚乙二醇4000制备而成。 吸湿率可达3.15% 它的比表面积为1699m2/g。 多孔淀粉的吸湿率随着相对湿度的增加而增加。 多孔淀粉比氧化钙干燥剂具有更好的吸湿效果。 多孔淀粉是不可再生的。

Introduction

充分利用淀粉这种储量丰富的天然高分子材料,制备廉价高效的高功能吸附剂

分子是科学家们一直非常重视的课题。

多孔淀粉微球是天然淀粉的加工衍生物。研究表明,多孔淀粉微球通常是通过淀粉或其产物的交联聚合来合成的,这种聚合改变了作为载体的化学性质,以寻找更合适的靶向剂。 它具有生物活性、生物相容性、可降解性、无毒、易储存、原料易得、价格低廉等显着优点。 近十年来,多孔淀粉微球被广泛用作靶向给药的载体,引起了全世界的关注。它们已广泛应用于鼻腔给药系统、动脉栓塞技术、放射治疗、免疫分析等领域。

多孔淀粉微球具有外表规则的外形,均匀的粒径粒度,较大的有效的表面积,相当大的孔容积和比较多的活性的络合基团,这些特性给予了淀粉微球较好的吸附性能,国内科研者段梦林、于九皋等曾对几种交联合成的淀粉微球的微孔隙及结构进行研究,他们是通过不同交联剂合成的,结果发现微球的总孔体积为1.3001~0.8344mL/g,总的孔面积为50.900~31.280 m2/g,依据微孔的容积的填充理论,微孔的孔径特别小,不过吸附场很强,而且相比较淀粉粒依靠团粒的表面原子(或原子团)的化合价的剩余的能量产生的相当微弱的吸附力,多孔淀粉微球的微孔部所产生的力量则相对的集中,吸附质如果被吸附在孔的内壁中,外界的吸引力就非常难以达到,所以这种吸附更加地坚固。而且多孔淀粉微球自身具有很多的活性的基团,合适的膨胀性及很好的机械的强度,所以我们可以根据实际的需要通过进行表面的修饰、调控其孔的结构和表面的官能团等方式进一步来改善其吸附性能,它是一种有很大的开发潜能的吸附材料。这给多孔淀粉微球在金属离子吸附及分离或废水的处理等研究领域获得了应用,拓展了它的应用范围提供了一个机会。 随着高科技和化学工业的快速发展,金属元素的消耗和排放日益增加,造成了严重的水污染,已经成为影响人们健康和世界经济发展的关键因素。 淀粉微球作为吸附有毒有害金属离子的新型吸附材料,正是充分利用了淀粉微球良好的生物相容性、生物降解性、固定性和力学性能。 同时,由于材料为微球,粒径可控,扩散阻力小,传质速度快。 此外,通过改性表面基团、控制孔结构和表面官能团等可以改变其吸附性能。从而可以制备适用于不同应用领域和不同范围的污染物吸附和选择性的吸附剂。 这对环境保护技术、贵金属和放射性元素回收浓缩技术等的发展具有重要意义。

第一章文献综述

1.1微球的应用

微球是以合适的聚合物原料为载体,通过包埋或吸附各种药物制备的球形或类似球形颗粒,一般制成注射或口服的混合悬浮剂 近十年来,微球作为载体在靶向给药中的应用引起了国内外学者的关注。 由无毒、可生物降解、用途广泛的可溶性淀粉制成的微球具有生物降解性、稳定性和极低的毒性。 通过上述方法获得的微球具有机械强度差、球形结构差等问题,使得微球在药物吸附和药物释放稳定性方面存在缺陷。例如,在进入体内后,微球膨胀并破裂,在短时间内导致大量药物释放,导致体内药物量突然增加,从而导致毒副作用。

1.2微球的分类

根据微球制备中使用的不同高分子材料,微球分为天然高分子微球(如天然淀粉微球、白蛋白微球等)。)和合成聚合物微球(如聚乳酸蛋白质微球、聚氰基丙烯酸烷基酯纳米粒子等。) 其中,淀粉微球具有独特的生物降解性、生物相容性、降解速度可调、无毒、无免疫原性、储存稳定、来源充足、价格低廉等优点。微球已逐渐成为人们研究开发的重要课题

1.3改性淀粉

1.3.1改性淀粉分类

变性淀粉通常按照不同的处理方法分类:

(1)物理变性淀粉:烟熏淀粉、预糊化淀粉、高频辐射处理淀粉等

(2)化学反应淀粉:用各种化学物质处理的淀粉,这是最重要和最广泛使用的改性方法 反应通常发生在淀粉分子的羟基上,主要有:①降低分子量:如酸降解淀粉、氧化淀粉等。(2)增加分子量,如酯化淀粉、醚化淀粉、交联淀粉、接枝共聚物淀粉等。

(3)生物改性淀粉用各种酶处理,如麦芽糊精、抗性淀粉、多孔淀粉等。

(4)复合变性淀粉采用氧化交联淀粉、交联酯化淀粉等两种或两种以上的方法处理。

1.3.2变性淀粉的应用

1.3.2.1变性淀粉在造纸中的应用

变性淀粉是造纸工业中的关键化学原料 造纸用精细化学品中,变性淀粉占总重量的80%~90%。 变性淀粉在造纸工业中具有显着的经济效益和社会效益,如

(1)能显着改善纸张的物理性能,提高纸张质量,降低木浆比例

(2)增加细纤维和填料空间隙,提高纸张白度、灰分和不透明度,节约能耗,减少湿部破损,减少造纸厂三废污染。

(3)淀粉的施胶效果明显提高,可以节省施胶剂的用量,也可以作为中性纸的配套助剂

(4)能明显提高淀粉的印刷适性,防止印刷过程中的糊版、掉粉、掉毛、断尾现象,增加对油墨的附着力,使颜色鲜艳,字迹更加清晰。

(5)可替代高价合成树脂或奶酪作为施胶和涂布之间的粘合剂,可明显降低涂布和加工纸质印章的成本。

(6)变性淀粉可用作纸制品的有效粘合剂,如纸管和纸箱粘合剂等。 它具有附着力好、成本低、环境污染轻等优点。

1.3.2.2变性淀粉用于食品中

食品种类很多,所以加工和储存的方法也很多。从传统的车间食品加工业到现代机械和自动化技术的生产,对食品辅料中淀粉的要求越来越高[13] 在食品中使用变性淀粉的优点可以概括如下:

(1)使用变性淀粉可以保持其在高温、高剪切力和低酸碱度下的粘度稳定性,从而保持其增稠性能。

(2)淀粉变性处理后,淀粉可在低温或室温下保存,不会引起回生,从而避免了食品凝结或凝胶化造成的水质分离。

(3)淀粉变性处理可以提高淀粉糊的透明度,从而改善食品外观,提高光泽度。

(4)通过淀粉变性处理,淀粉可以达到稳定油水混合体系的目的。

(5)通过淀粉变性处理,可以提高淀粉的浓度,降低淀粉的粘度,同时提高淀粉的胶凝能力。

(6)淀粉改性后,可以提高淀粉的溶解度,改变淀粉在冷水中的溶胀,提高淀粉在食品中的使用性能。

(7)淀粉变性处理可以改善淀粉的成膜性能

1.3.2.3变性淀粉在其他领域的应用

淀粉及其他衍生物作为稀有的多功能水溶性聚合物使用 它广泛应用于石油工业。 淀粉和合成聚合物的接枝共聚物以及由淀粉开发的微生物聚合物可以提高堵水、调剖和提高采收率的采收率。

变性淀粉可用作污水处理中的有机絮凝剂,去除重金属离子。变性淀粉可用作农药和除草剂的缓释剂。用作土壤稳定和调节药物等。 它可应用于化妆品、洗涤剂、文具、粘合剂、涂料、塑料等。

1.4交联淀粉

1.4.1交联淀粉的研究进展

淀粉中的羟基和交联剂中的多官能团结合形成二醚键或二酯键,使得两种或多种淀粉相互连接,呈现多维空网络结构反应。我们称这种反应为交联反应。 参与这种反应的官能团称为交联剂,因此淀粉交联的产物称为交联淀粉。

第四章总结了

4.1

4.1.1合成及结构表征部分

淀粉微球的主要工作,该微球以可溶性淀粉为原料,三偏磷酸钠为交联剂,大豆油为油相,采用反相悬浮聚合方法制备。通过单因素实验和正交设计实验,研究了不同条件对微球理化性质的影响。研究结果表明:

(1)制备淀粉微球的最佳实验条件为:ph10,反应温度50℃,三偏磷酸钠用量为可溶性淀粉质量的0.6%,反应时间5 h

(2)反相悬浮技术合成淀粉微球相对简单,反应时间短,反应条件温和,各种因素易于控制,重现性好。

4.1.2造孔剂的选择

讨论了不同分子量的聚乙二醇600、1000、2000、4000、6000、000、000、000、000、000、000和不同剂量的三偏磷酸钠对亚甲基蓝吸附的影响。通过实验确定了最佳条件:成孔剂聚乙二醇的分子量为4000,6000,聚乙二醇用量为0.08克/克淀粉,反应时间为5 h,三偏磷酸钠用量为0.8%淀粉。

4.1.3吸附和缓释

使得多孔聚乙二醇的分子量为4000和6000,制备的微球用于吸附Vc。结果表明,用多孔聚乙二醇4000制备的微球吸附性能最好,释放速率最小,最适合储存易氧化的Vc。

4.2主要创新

(1)反相悬浮乳液聚合是一种相对简单的工艺,反应条件温和,副反应少;以大豆油为油相,淀粉为原料,对环境污染小,三偏磷酸钠为交联剂生成的食用淀粉微球的总磷含量不超过国际标准要求的0.04%;加入聚乙二醇作为造孔剂,增加了孔径和比表面积,有利于吸附。

(2)通过对淀粉微球结构的研究,提出淀粉微球不仅可以作为Vc载体,还可以作为良好的重金属吸附剂和负载型金属催化剂载体,是一种极具发展潜力的淀粉基吸附材料。

(3)研究了淀粉微球作为食用干燥剂的可行性。多孔淀粉比氧化钙干燥剂具有更好的吸湿效果。多孔淀粉作为干燥剂是可行的。 使用方便,无毒无味,无环境污染,无接触腐蚀,对人体无害,儿童食用,价格低廉,可应用于儿童食品行业。 其研究目的是进一步开发利用淀粉微球,为其在废气处理、净化空气体等领域的应用提供一定的理论依据。

4.3进一步工作

本研究项目的主要工作如下:

(1)进一步研究淀粉微球对空气体中CO2和SO2的吸附能力,并研究分析其吸附本质和机理;

(2)淀粉微球结构的研究表明,淀粉微球除了作为药物载体外,还可以作为良好的重金属吸附剂和负载型金属催化剂载体

(3)淀粉微球的改性可进一步提高淀粉微球的吸附能力,或通过进一步改性或基团表面改性使其具有各种选择性吸附能力,从而可用作外科手术中的止血剂。

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