《難溶性天然高分子的水體系溶解及其溶液性質研究》是依託武漢大學，由呂昂擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：難溶性天然高分子的水體系溶解及其溶液性質研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：呂昂
- 依託單位：武漢大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
突破傳統的溶解度參數及相似相溶原則等預測高分子溶解行為的方法，基於分子間相互作用（疏水、靜電相互作用和氫鍵作用等）的原理探索並開發新型的水溶劑體系，以溶解頑固的難溶性天然高分子（纖維素、甲殼素或蛋白質等），並闡明新型水溶劑中天然高分子與溶劑分子間的相互作用、天然高分子的鏈構象和溶液性質，尋找相互作用導致天然高分子溶解並決定其構象和溶液性質的科學規律。利用核磁共振、紅外光譜、拉曼光譜、微量熱、分子模擬等方法研究新型水溶劑中的分子間相互作用及天然高分子溶解的決定性因素。利用光散射、原子力顯微鏡、冷凍透射電鏡等手段研究天然高分子的鏈構象和微觀形態。利用流變學手段結合高分子溶液理論確定新型水溶劑中天然高分子的溶液性質。本項目旨在開發新型水溶劑體系以溶解頑固的難溶性天然高分子，可為天然高分子的溶解和綜合利用提供重要的科學數據。因此本工作不僅具有科學和技術價值，而且具有套用前景。
結題摘要
本項目在剖析水溶劑中纖維素與溶劑分子間相互作用的基礎上，通過調控難溶性天然高分子與溶劑分子間的相互作用，開發了一系列新型水溶劑以物理溶解難溶性天然高分子，表征其溶液性質，並進一步製備功能材料開發其在多個領域的潛在套用，具有明顯的創新性和套用價值。首先，以纖維素在鹼/尿素水溶劑中的低溫溶解為對象，我們提出了利用分子間相互作用來解釋其溶解機理的新思路，並明確溶劑分子與纖維素間的相互作用：氫氧根離子與纖維素羥基間的氫鍵導致纖維素的溶劑化，主導纖維素的溶解；鹼金屬陽離子通過靜電作用與纖維素羥基的氧原子結合；尿素與纖維素形成色散力弱相互作用，驅動尿素在纖維素周圍富集並排除水分子以增加溶劑熵，削弱纖維素疏水性並促進其溶劑化。在相互作用理論的基礎上，通過調節溶劑-難溶性天然高分子相互作用來調控難溶性天然高分子在水體系中的溶劑化程度，我們開發了一系列新型水溶劑以物理溶解難溶性天然高分子：五種低溫溶解纖維素的有機鹼水溶劑，疏水基團的引入實現了優異的溶解能力和溶液熱穩定性；低溫溶解纖維素的NaOH/硝酸鋅全電解質水溶劑；室溫溶解纖維素的NaOH/硫脲水溶劑，大大減少溶解過程的能耗和設備需求；低溫溶解乙醯度在5到94%的甲殼素/殼聚糖的LiOH/KOH/尿素水溶劑，首次實現甲殼素到殼聚糖的普適溶解；低溫溶解瓊脂糖的LiOH/尿素水溶劑體系，具有比傳統加熱溶解更好的穩定性。我們還明確了難溶性天然高分子在新型水溶劑中的構象及溶液性質。最後，利用新型水溶劑體系我們還製備了一系列難溶性天然高分子基功能材料，包括纖維、水凝膠、膜、微球等，在感測器、生物材料、污染處理等領域具有明顯的套用前景。本項目以分子間相互作用理論為基礎，通過調節溶劑與難溶性天然高分子的分子間相互作用實現難溶性天然高分子在水體系中的可控拆分，開發了一系列新型水溶劑以物理溶解難溶性天然高分子，並揭示相互作用對溶液性質的影響，極大的推進了難溶性天然高分子的水體系“綠色”轉化和綜合利用，並擴展了高分子溶解理論，因此不僅具有科學和技術價值，也具有套用前景。
