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壳聚糖是一种天然碱性多糖,具有生物降解及无毒无公害等特点,符合现代社会追求环保、健康的理念。因此,壳聚糖的应用范围越来越广泛。但壳聚糖分子溶解性差,成本较高等问题限制了其应用,因此有必要进行化学改性。在现有的对壳聚糖及其衍生物的改性研究中,几乎都要使用引发剂和交联剂等助剂进行反应,不仅增加了产品的复杂性及成本,痕量的助剂残留也不利于产品在医疗卫生等方面的应用。本文采用改装后的家用微波炉,使用微波辐射方法在不添加引发剂和交联剂下进行壳聚糖的接枝改性,并与添加Mn3+引发剂和N,N-亚甲基双丙烯酰胺交联剂下常规加热得到的接枝产物进行对比实验,通过FT-IR、XRD、TGA等表征手段对两种反应条件下的产物进行表征,实验表明不添加引发剂和交联剂的微波合成法可同样得到接枝产物,而微波法可缩短反应时间、降低反应成本并避免助剂的残留。对微波辐射下的合成条件进行优化设计,确定出反应进行的最佳条件,具体如下:
⑴采用微波辐射在无引发剂和交联剂下进行壳聚糖和丙烯酸的接枝反应,与常规水浴加热方法下得到的产物进行检测、表征,实验表明微波下反应时间可大为缩短;并确定该反应在微波下的最佳条件为:微波辐射时间20min;丙烯酸:壳聚糖:3mL/1.0g;微波功率260W;微波反应温度70℃。考察产物吸水性能为:微波产物对蒸馏水的吸水率为388g/g,对0.9%NaCl水溶液的吸液率为102g/g,与常规水浴下合成的接枝产物性能相近,但微波法无需引发剂和交联剂且反应时间远比常规法短。
⑵采用微波辐射在无引发剂和交联剂下进行丙烯腈和壳聚糖的接枝,表明微波辐射可成功合成接枝产物。考察了微波下反应的影响因素,确定的反应最佳条件为:微波辐射时间15min;丙烯腈:壳聚糖=3mL/1.0g;微波功率260W;微波反应温度60℃。在此条件下得到的接枝率为142%的产物。
⑶研究丙烯酰胺和壳聚糖发生的接枝反应,考察微波下无引发剂下合成的可能性,并测试了产物的絮凝性能:微波下接枝产物的接枝率为186%,可使硅藻土模拟废水达到97%的透光率。
⑷考察了微波下壳聚糖改性的作用机理,推测了在无引发剂下微波引发反应的机理。