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两亲性海藻酸钠衍生物自组装行为和乳化性能的调控

方秀琴  
【摘要】:天然聚合物由于具有来源广泛,安全无毒,生物相容性高,易于降解等优点,已经被设计改性应用于食品产品,药物传递,化妆品等领域。对天然聚合物进行改性可以赋予其更多的功能,满足在实际应用中的需求。本论文利用温和高效的Ugi四组分缩合反应,对天然海藻酸钠进行疏水改性,得到不同分子量的两亲性海藻酸钠衍生物。并研究了海藻酸钠自身性质,以及静电作用,主客体作用对两亲性海藻酸钠衍生物自组装行为和乳化性能的影响。(1)以不同分子量的海藻酸钠为原料,利用Ugi四组分缩合反应制备了三种分子量的疏水海藻酸钠衍生物H/M/L-Ugi-Alg。利用核磁共振氢谱(1H NMR),二维氢谱(2D-COSY NMR),凝胶渗透色谱(GPC),对合成的Ugi-Alg进行了结构表征。采用透射电镜(TEM),DHR旋转流变仪,动态光散射(DLS)对Ugi-Alg在水溶液中的自组装结构进行了研究。结果表明,高分子量的疏水海藻酸钠衍生物(H-Ugi-Alg)在水溶液中形成结构紧凑,尺寸较小的胶体颗粒,低分子量的疏水海藻酸钠衍生物由于分子间相互作用较弱,在水溶液中趋向于缔合而不是自组装。高分子量的Ugi-Alg制备的乳液具有更好的稳定性和更强的粘弹性。乳液粘弹性以及扫描电子显微镜SEM图片表明,高分子量的Ugi-Alg不仅吸附在油滴表面形成弹性保护膜,也存在于连续相中形成网络结构阻止液滴的迁移。乳液控制释放姜黄素的结果表明,疏水海藻酸钠形成的胶体颗粒制备的Pickering乳液具有与纳米颗粒稳定的Pickering乳液相当的控释效果。(2)进一步探究了离子种类和强度对高分子量的Ugi-Alg自组装行为和乳化性质的影响。通过TEM,DLS,研究了Na~+和Ca~(2+)的加入对H-Ugi-Alg自组装行为的影响。结果表明,少量的Ca~(2+)即可显著降低H-Ugi-Alg胶束的ζ电位,随着Ca~(2+)浓度增大,由于静电斥力的降低,H-Ugi-Alg胶束形成聚集体,导致粒径增大。Ca~(2+)由于与H-Ugi-Alg分子中的G嵌段交联,形成了胶体颗粒网络结构。Na+通过压缩双电层,使H-Ugi-Alg形成规整的圆形胶束,但是不能进一步降低H-Ugi-Alg胶束的ζ电位。通过多重光散射仪(MLS),流变仪和扫描电镜SEM研究了Na~+和Ca~(2+)的加入对H-Ugi-Alg制备的乳液性质的影响。结果表明,少量的Ca~(2+)(0.02M)就可以显著提高乳液的稳定性,随着Ca~(2+)浓度进一步增加,乳液逐渐变得不稳定,由于Ca~(2+)与油水界面的H-Ugi-Alg结合,使乳液液滴絮凝,导致水相析出。Na~+与H-Ugi-Alg的相互作用较弱,不能显著改变乳液的性质。(3)将β-环糊精(β-CD)与疏水链的主客体相互作用引入到H-Ugi-Alg自组装体系。利用TEM,流变仪,1H NMR表征了β-CD的主客体作用对H-Ugi-Alg自组装行为的影响。结果表明,由于疏水链参与了与β-CD的主客体作用,导致H-Ugi-Alg不能很好地自组装形成胶体颗粒,随着β-CD的量的增加,H-Ugi-Alg胶束逐渐解离,直至形成双层的囊泡结构。通过流变仪,SEM表征了主客体作用对H-Ugi-Alg制备的乳液性能的影响。β-CD的加入降低了乳液的粘弹性,导致乳液出现破乳现象。


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