羧甲基化对木聚糖结晶能力及水铸膜成膜性能的影响

木聚糖类半纤维素(简称木聚糖)是自然界中储量丰富的天然高分子,但是其在聚合物材料领域的应用尚未得到深入开发。木聚糖水铸膜的成膜性能参差不齐、成膜之后的力学性能较低等缺点阻碍了其在功能涂料及包覆材料中的应用,因此对木聚糖理化结构与其水铸膜成膜性能之间的构效关系进行研究十分重要。前期研究已发现,脱乙酰木聚糖的水合结晶是阻碍其水铸膜成膜的关键因素,而木聚糖结晶又受到其原生支链的调控,但是化学衍生化引入的支链对木聚糖结晶的影响还不清晰。笔者利用氯乙酸钠在碱性条件下对脱乙酰木聚糖进行羧甲基化改性,制备了羧甲基取代度为0.27~0.92的羧甲基木聚糖(CMH),并分析了羧甲基化改性对脱乙酰木聚糖结晶能力及水铸膜成膜性能的影响。结果表明:羧甲基的引入降低了CMH的结晶度以及玻璃化转变温度(T g),改善了木聚糖的水铸膜成膜性能;但是,羧甲基的引入不利于水铸膜力学性能的提升,取代度为0.58的木聚糖水铸膜在50%相对湿度下的抗拉强度为10.3 MPa,而取代度为0.92的在相同条件下的抗拉强度仅为0.26 MPa。

相对分子质量对木聚糖结晶能力的影响

利用木聚糖酶非均相处理木聚糖,通过控制酶解时间制备出了不同相对分子质量的木聚糖样品(X0~X6),并使用质量分数2%或4%的NaOH溶液对酶处理木聚糖进行分散或溶解,再经乙醇沉淀得到经碱液处理的木聚糖样品。通过对酶处理的木聚糖以及进一步经碱液处理的木聚糖进行X射线衍射(XRD)分析,重点探讨了相对分子质量对木聚糖结晶能力的影响。研究发现:非均相的木聚糖酶处理2.5 h,重均相对分子质量(M_(w))降至25 700,数均相对分子质量(M_(n))为5 400,多分散指数(PDI)为4.73;之后,随着酶处理时间的进一步延长,木聚糖M_(w)变化不大,M_(n)继续下降,PDI继续升高。非均相的木聚糖酶处理以及进一步的非均相碱液(2%NaOH溶液)处理可以破坏木聚糖的水合晶结构,使其XRD特征峰的峰强变弱,结晶度降低。将不同相对分子质量的酶解木聚糖进行均相碱液处理,完全溶解于4%NaOH溶液,重新沉淀后的木聚糖XRD谱图显示木聚糖水合晶完整的结晶结构能够再度形成,且结晶度与未处理木聚糖相比变化较小,说明非均匀地降低木聚糖相对分子质量对其结晶能力没有明显影响。