摘 要

地球上有着十分丰富的资源，甲壳素就是其中之一，它也是人类在自然界中找出的唯一带正电荷的动物纤维素。但是甲壳素和它的衍生物壳聚糖在水中的溶解性很差，这限制了它们的应用。水溶性甲壳素---羧甲基甲壳素（CMCH）的研制，使甲壳素更方面的为人类所用。CMCH可以被制成瓜果的保鲜膜、处理水时添加的絮凝剂、和化妆品中的保湿剂，还可用于药物助剂，金属离子整合剂等。

论文主要研究了以羧甲基甲壳素为原料，以环氧氯丙烷为交联剂制成了羧甲基甲壳素水凝胶，以凝胶材料为载体，使羧甲基甲壳素的应用更加广泛。

研究结果表明：羧甲基甲壳素水凝胶合成简单，低毒性，吸水性能较好，有一定的pH敏感性，在医疗、食品保鲜领域应用前景广阔。最终实验结果表明：当羧甲基甲壳素浓度为6wt%，环氧氯丙烷用量为1.2ml，交联时间为4h时，凝胶吸水性能最好。为了查验所得产物是否已发生了交联聚合反应，本文利用傅立叶红外光谱仪和扫描电镜分析了其微观构造。结果表明，水凝胶中形成了亲水性三维网状交联结构。

关键词：羧甲基甲壳素；水凝胶；吸水；甲壳素

Abstract

Chitin is one of the most abundant natural resources on the earth, and it is also the only animal cellulose with positive charge which has been discovered so far in nature. But chitin and its chitosan are not soluble in water, and their application is limited.The development of water soluble chitin, carboxymethyl chitin (CMCH), has opened up a broad field for the application of chitin. CMCH can be used as a moisturizing agent in cosmetics for the preservation of fruits and vegetables and used as a water treatment agent, can also be used for drug additives, metal ion integration agent, etc.

In this paper, carboxymethyl chitin was used as the raw material, and the carboxymethyl chitin hydrogel was prepared by using epoxy chloride as cross-linking agent. The gel material was used as the carrier, so the application of carboxymethyl chitin was more extensive.

The results showed that the synthesis of carboxymethyl chitin hydrogel was simple, low toxicity and good water absorption,also have a certain pH sensitivity. In the field of medical treatment and food preservation, the application prospect is broad.

The final results showed that when the concentration of carboxymethyl chitin was 6wt%, the amount of propylene oxide was 1.2ml, the cross-linking time was 4h, and the gel absorbent had the best performance. In order to test whether the product has been linked to polymerization, the structure of the product was analyzed by means of Fu Liye infrared spectroscopy and scanning electron microscope. The analysis shows that the hydrophilic three-dimensional network cross-linked structure is formed in the hydrogel..

Key Words：carboxymethyl chitin；hydrogel；water absorption；chitin

目 录

第1章 绪论 1

1.1 甲壳素及其衍生物 1

1.1.1 甲壳素 1

1.1.2 甲壳素衍生物 2

1.1.3 羧甲基甲壳素与羧甲基壳聚糖 3

1.1.4 甲壳素及其衍生物的应用 3

1.2 水凝胶概述 4

1.2.1 水凝胶简介 4

1.2.2 水凝胶的吸水机理 5

1.2.3 水凝胶的应用 5

1.2.4 水凝胶交联剂的选取 6

1.2.5 水凝胶的研究和发展趋势 6

1.3 本课题目的及意义 7

1.3.1 选题依据 7

1.3.2 主要研究内容 8

第2章 实验 9

2.1 药品和仪器 9

2.1.1 药品 9

2.1.2 仪器 9

2.2 合成路线 9

2.3 羧甲基甲壳素的制备 9

2.4 羧甲基甲壳素水凝胶的制备 10

2.5 羧甲基甲壳素水凝胶的表征 10

2.5.1 红外光谱测定 10

2.5.2 扫描电镜测定 11

2.6 羧甲基甲壳素水凝胶的性能测试 11

2.6.1 吸水率 11

2.6.2 pH敏感性测试 11

第3章 结果与讨论 12

3.1 水凝胶的红外光谱分析 12

3.2 扫描电镜分析 13

3.3 因素分析 13

3.3.1 羧甲基甲壳素浓度对吸水性能的影响 13

3.3.2 交联时间对吸水性能的影响 14

3.3.3 交联剂用量对吸水性能的影响 15

3.3.4 凝胶的pH敏感性测试 16

3.3.5 凝胶的吸盐水性能测试 17

3.3.6 凝胶在葡萄糖中的溶胀性能测试 18

第4章 结论与展望 20

参考文献 21

致谢 23

第1章 绪论

1.1 甲壳素及其衍生物

甲壳素及其衍生物是自然界的一类生物高分子，它们对于生物体细胞没有排斥性，无毒并且在生物体中能保持一定的活性，也能被生物体内的酶等物质分解，因此被人们称为“人体第六生命要素”，甲壳素及其衍生物被广泛地应用各行各业，如机能保健食品、医疗及药物用品、食品的加工、服装制作、环保等领域。

1.1.1 甲壳素

甲壳素（Chitin）又被称为甲壳质、几丁质，是一种氨基多糖聚合物，系统名为β（l→4）-2-乙酰氨基-2-脱氧-D-葡萄糖，分子式为（C₈H₁₅NO₆）_n^[21]。在自然界中存在的天然生物高聚物中，甲壳素是含量极高的，排在第二位。一些低等动物的甲皮及甲壳都含有甲壳素，还有低等植物的细胞壁中也存在。甲壳素在自然界中大量存在，是人类取之不尽，用之不竭的巨大再生资源宝库。甲壳素脱去乙酰基即转变为壳聚糖（chitosan，简称CTS），一般来说，当甲壳素的N-脱乙酰度达到大约55%时，一些稀酸就可以成为其良溶剂^[22]。在工业加工时，甲壳素的N-脱乙酰度一般要求在70%以上。

纯甲壳素呈现出白色甚至灰白有点透明的颜色，是一种无毒无腐蚀的固体，绝大多数有机溶剂都无法溶解它，并且在水、稀酸、稀碱里的溶解性也很差，这限制了它的应用和发展。后来随着时代的发展，科学家们在经历了一系列的研究后指出，当用一些特殊试剂如浓碱和甲壳素反应时，乙酰基会从甲壳素的分子链上消去，甲壳素也变成了可溶性甲壳素，又称甲壳胺或壳聚糖。地球上有着十分丰富的资源，甲壳素就是其中之一，它也是人类在自然界中找出的唯一一个带正电荷的动物纤维素^[20]。由于甲壳素的分子结构中存在许多不饱和的阳离子基团，而生物体内的许多有害物质都是带负电荷的，所以甲壳素对它们有着优良的吸附作用^[19]。同样人体内许多有害的物质甲壳素也能清除，帮助我们更好的预防疾病，强身健体。甲壳素和植物纤维素的化学结构有许多相同的地方，它们都是多聚体六碳糖，是高分子量物质（100万以上）。