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羧甲基纤维素结构特征的研究

2020-12-15 09:50:18

羧甲基纤维素结构特征的研究


由于羧甲基纤维素的快速发展,在各个行业的广泛应用,研究它的学者专家也越来越多,致力于研究更多的化学反应、更多的生产工艺,让产品更加成熟。


用葡萄糖内切酶将两种不同DS的羧甲基纤维素样品分解成片断,直至降解完全,处理后大大改善了高分子的水溶性。葡萄糖内切酶作用明显与取代度相关,当取代度增加时酶的效率受到限制。两种羧甲基纤维素样品的多糖链都包含高取代和低取代的区域。用酶处理的方法研究了具有特殊取代形式的羧甲基纤维素的分子结构。


样品通过葡萄糖内切酶处理后用SEC分析,测试结果表明DS为1.9的样品仍能被强烈降解,从而支持了block-like取代形式的存在。用SEC、离子交换色谱、脉冲电流检测详细研究了酶解后的片断产物,表明所有的样品中均含有DS高于起始样品的片断,同时也有大量降解产物是低DS或无取代的。

甲基纤维素

甲基纤维素分子的卷曲和排水程度能通过蠕虫链模型分析,研究分子在水溶液中的构象和流体力学性质,并可确立模型参数如流体力学直径与纤维素羧甲基化程度的关系。用SEC和电位滴定的方法估算了羧甲基纤维素的持续长度。羧甲基纤维素的本征持续长度通过SEC与多角激光光散射(SEC-MALLS)联用以及电位滴定的方法确定。


对于取代度从0.75到1.25的样品,用SEC-MALLS得到了分子量与旋转半径之间的关系。不考虑取代度的情况下,利用静电蠕虫链理论估算羧甲基纤维素的持续长度L-p0为16nm。利用聚电解质尺寸的描述,得到一个稍低的值(12nm)。电位滴定在NaCl溶液(0.01-1mol/L)中进行,用均一电荷圆筒模型分析得到羧甲基纤维素主链的半径。羧基的离解常数为3.2。DS=0.75的羧甲基纤维素的半径为0.95nm,而DS=1.25的羧甲基纤维素为1.15nm。从电位滴定中推导出的本征持续长度L-p0为6nm。


研究羧甲基纤维素在溶液中的结构和性质,用八种不同的羧甲基纤维素(Mw:9000-360000g/mol-1、DS:0.75-1.47)。从流变学和导电双折射中,区分了四个临界浓度,依赖于羧甲基纤维素的分子量、电荷密度以及溶液的离子强度。在很低的浓度时,聚电解质处于伸展的状态,粘度与水接近。


在临界浓度c0时分子链之间的距离约等于持续长度。浓度达到c1后,伸展的链开始交迭,样品粘度增加,遵循规律(c/c1)1/2。继续增加聚电解质的浓度,卷曲的分子链开始交迭、缠结,粘度迅速上升,与浓度的关系为(c/c2)5.5,与不带电荷的高分子相同。所有样品的松弛时间开始迅速增加,聚电解质表现为类似于中性高分子,形成瞬时的网络结构。在浓度为c3,溶液开始形成热可逆的凝胶。在不同的浓度范围内,聚电解质溶液的离子强度的改变都会引起很大的变化。加入盐、表面活性剂,以及pH值的变化都会引起松弛时间和粘度的变化。


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