葡聚糖凝膠中水的實驗與模擬研究.pdf

1、水凝膠是通過化學或物理鍵合方式形成的能吸收并保持大量水的高分子網(wǎng)絡。本文致力于研究凝膠中水的狀態(tài)及性質，以天然大分子葡聚糖為原料，以氯化鉀和N，N-亞甲基雙丙烯酰胺為交聯(lián)劑，根據(jù)不同的鍵合作用，合成了葡聚糖物理凝膠及化學凝膠.通過核磁共振波譜技術(NMR)，差熱分析法(DSC)，熱重分析法(TG)，電子顯微鏡(SEM)，流變等技術對葡聚糖物理凝膠及化學凝膠中水的狀態(tài)，水與聚合物之間的相互作用進行了研究.研究結果表明：在葡聚糖物理凝膠中，

2、氯化鉀與葡聚糖的氧原子發(fā)生交聯(lián)作用；其次，無論葡聚糖物理凝膠還是化學凝膠，都存在三種不同狀態(tài)的水分子，分別為自由水，可凍結的結合水，不可凍結水，且三種水在凝膠中的先后滿足順序為不可凍結水，可凍結的結合水，自由水；另外，在葡聚糖物理凝膠中，隨著葡聚糖含量的增加，凝膠內結合水比例增加，自由水比例下降；而在葡聚糖化學凝膠中，交聯(lián)密度及葡聚糖的分子量不同導致三種水分子對應的1H弛豫時間T1不同，且凝膠內交聯(lián)密度及葡聚糖分子量提高，都使得與葡聚糖

3、作用較強的結合水比例提高。
　　 本論文還利用分子模擬技術對葡聚糖物理凝膠及化學凝膠進行分子動力學研究。通過均方位移，徑向分布函數(shù)，自由體積分率等分析表明：在葡聚糖物理凝膠中，鉀離子與葡聚糖分子羥基氧原子發(fā)生交聯(lián)作用，這與核磁共振實驗結果相一致；其次，水分子與葡聚糖分子存在明顯的氫鍵作用，隨著葡聚糖含量的提高，凝膠的自由體積減少，水分子的擴散系數(shù)降低；另外，通過水分子擴散行為分析，發(fā)現(xiàn)凝膠內存在三種性質不同的水分子，這與DSC實

4、驗結果相統(tǒng)一；而在葡聚糖化學凝膠中，水分子與聚合物網(wǎng)絡存在明顯的氫鍵作用，隨著水分子數(shù)目的減少，水分子的擴散系數(shù)逐漸下降，說明了水分子在凝膠內傾向于首先形成結合水.
　　 本論文使用高分辨魔角旋轉技術(HRMAS)和T1弛豫，分子動力學模擬等手段，從分子水平對葡聚糖凝膠內水的狀態(tài)與性質進行系統(tǒng)深入的研究，結合流變學等性能表征手段，能得到許多關于葡聚糖凝膠結構和其內部水分子的運動信息，其數(shù)量巨大，準確性高，能加深對凝膠中水的認識，