1. 研究目的与意义
海藻,是一种海洋生物,是海带、紫菜、裙带菜、石花菜等海洋藻类的总称。地球上大约存在有25000多种海藻,可以根据颜色将它们大致分为红藻、褐藻、绿藻和蓝藻四大类。海藻多糖的种类繁多,其中褐藻胶在藻体中含量相对较高、工业产量最大,其用途也最为广泛。为了便于溶解应用和增强储存的稳定性,褐藻大多制成海藻酸钠盐投入到工业生产中。
海藻酸钠是一种天然多糖,其分子由β-D-甘露糖醛酸(β-D-mannuronic,M)和α-L-古洛糖醛酸(α-L-guluronic,G)经过1,4键合形成的一种阴离子型电荷密度较高的无规线性嵌段共聚物。海藻酸钠中的G单元和M单元是C-5位的立体异构体,二者的区别主要在于C-5上羧基位置的差异,因此二者聚合后的空间结构和理化性质差异很大;G单元中的羧酸位于C-C-O的三角形的顶端,因而相对于M单元具有更大的活性,而M单元的生物相容性比G单元更优良。
海藻酸钠具有药物制剂辅料所需的稳定性、溶解性、粘性和安全性;海藻酸钠的水溶液具有较高的黏度,因此被广泛地运用于食品工业中,用作食品的增稠剂、稳定剂、乳化剂等。此外,海藻酸钠在医学、橡胶、造纸等工业也广泛应用,成为一种重要的工业产品。
2. 研究内容和预期目标
研究内容:
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研究不同G/M比的海藻酸钠溶液性质,包括海藻酸钠溶液离解度的浓度依赖性,粘度的浓度依赖性,流变性能。
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研究不同G/M海藻酸钠溶液的液晶性能。
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蔡佳利等按照De Gennes提出的标度概念及钱人元等人的补充理论,猜测聚电解质溶液浓度区域分为极稀溶液区域、稀溶液区域、亚浓溶液区域和浓溶液区域四个区域,并通过测量由实验室自行制备并经仔细钝化的浓度从10-6mol /L到2 mol /L聚丙烯酸水溶液离解度的浓度依赖性验证了这一区域划分。根据这一理论,猜测海藻酸钠溶液浓度区域也分为极稀溶液区域、稀溶液区域、亚浓溶液区域和浓溶液区域四个区域。
流变,是在外力作用下,物体的变形和流动。20世纪20年代,学者们在研究工业、地质和生物等各类材料时,发现了不能够用传统的古典弹性理论、塑性理论和牛顿流体理论解释的复杂特性,流变学的思想由此起源。流变学是研究物质的流动和形变的学科,聚合物溶液的流变学特性参数是研究的重要依据。研究海藻酸钠溶液的流变学特性,对海藻酸钠溶液的加工利用和应用研究具有重要的实践意义和理论指导价值。王兵兵利用流变仪发现海藻酸钠稀溶液的粘度都随剪切速率的增大而减小,表现出切力变稀行为;海藻酸钠浓溶液则粘度变大;温度升高,海藻酸钠溶液粘度则逐渐降低。
同样作为多糖类物质,纤维素、壳聚糖等的液晶性能已经有了较为系统的研究,而来源广泛且大量应用于食品、药品等工业生产的海藻酸钠有着相似的分子结构,对其液晶性能的研究尚且不够完善。1994年左榘等人通过激光散射技术,偏光显微镜、熔点偏光显微镜及X-光衍射等方法研究了经过部分降解后的低浓度海藻酸钠水溶液的聚集态结构,发现它表现出明显的向列型液晶态特征。 2004年周世海等利用原子力显微镜(研究了海藻酸钠水溶液通过浇铸法制得的薄膜的液晶性能,发现在临界浓度约5%时溶液浇铸的薄膜呈现出典型的多角形结构,侧面验证了海藻酸钠的溶致液晶性能。
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1.海藻酸钠溶液离解度的浓度依赖性研究:用去离子水将M/G分别为1:2和2:1的两种海藻酸钠样品分别配成浓度不同的海藻酸钠水溶液。用酸度计逐个浓度地测量制备的两组海藻酸钠溶液样品的pH值,并重复一次实验。用离解度α对cm作图分析。
2.使用流变仪,研究不同条件下海藻酸钠溶液受到剪切作用时的流变学特性。
3.海藻酸钠的降解:配制 1.5%的海藻酸钠溶液 1000g,PH 中性室温搅拌 2h,之后控温50℃,加入 1.5%双氧水,分别反应 2h 和 4h,用乙醇沉出降解的海藻酸钠结晶,冷冻干燥,最后烘干得到降解的海藻酸钠。用去离子水溶解制备好的降解的海藻酸钠结晶至浓度为15%的海藻酸钠溶液,吸取溶解后的海藻酸钠水溶液1~2滴放在盖玻片之上载玻片之下,置于偏光显微镜上观察。
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[1]王宗乾,杨海伟.pH值对海藻酸钠溶液黏度及体系中氢键的影响规律[J].材料导报,2019,33(08):1289-1292 1306.
[2]刘海燕,张健,李贞,赵婷,薛瀚,李群飞,姜进举.不同理化因素对海藻酸钠凝胶特性的影响[J].粮油食品科技,2018,26(02):45-48.
[3]刘成. 静电排斥作用对海洋生物质多糖液晶行为的影响[D].青岛大学,2016.
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