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1、多糖类生物降解材料 的研究进展,引言,非生物降解塑料尤其是塑料包装材料在废弃后会给环境带来极大的负面影响，即造成所谓的“白色污染”。 据报道，塑料正以每年2500万吨的速度在自然界中堆积。如何对付“白色污染”成为了人们普遍关注的问题。,90年代初高分子化学家指出CC键不能酶解与水 解，要断键除非光解与氧化聚乙烯实际上只是成为 碎片留存于土壤中。因此开发完全可生物降解材料 成为一个新的课题。,多糖类生物降解材料,目前用于生物降解材料的多糖类天然高聚物主要有淀粉、纤维素、壳聚糖、木质素、果胶及它们的衍生物等。,淀粉类生物降解材料,由于淀粉大分子链上自由羟基的存在，使分子内和分子间形成很强的氢键，因
2、此淀粉本身物理性能很差，远不适于塑料工业。欲使淀粉具有可加工性能，必须消弱大分子内和分子间的作用力。 为了达到这一目的，对淀粉采取了一些改性方法，包括物理改性和化学改性。,物理改性,在热力场、外力场和添加剂如小分子多元醇的作用下，淀粉颗粒遭到破坏，多元醇小分子渗入到淀粉分子之间，与淀粉分子形成氢键，取代了部分淀粉淀粉之间的氢键，从而使淀粉分子间的作用力降低，转变成热塑性淀粉。,化学改性,为了提高热塑性淀粉的性能，可以采用化学改性方法，包括接枝、酯化和交联,接枝,淀粉与其它单体通过化学共聚 自由基共聚是淀粉共聚的主要形式，其引发方式一般分为两种，一种是化学引发，如铈盐、锰盐、过氧化氢等引发剂；另
3、一种是高能辐射引发，如Co-60。淀粉还可进行阳离子接枝共聚反应，如接枝异氰酸酯基于淀粉分子链上。,酯化,淀粉结构单元上有多个羟基，若淀粉上的羟基被取代，不仅减弱了大分子之间的作用力，使淀粉具有可加工性，同时由于亲水性降低，使产品耐水性增强 采取了以下方法：淀粉的凝胶化预处理；在升温或室温情况下，将淀粉分散于惰性溶剂中，如吡啶、甲苯、二甲基甲酰胺等其中最常用的是吡啶,交联,淀粉可以与具有两个或两个以上官能团的化学试剂进行交联反应，其通式为：淀粉OH + 交联剂X + HO淀粉 淀粉OXO淀粉 交联剂有甲醛，乙二醛，戊二醛，环氧氯丙烷，三偏磷酸钠，三氯氧磷，氰脲酰氯，丙烯醛苹果酸等,纤维素类生物
4、降解材料,纤维素基塑料主要是纤维素与其他材料共混，如纤维素衍生物、壳聚糖、蛋白质、聚乙烯醇等 例如日本四国工业技术试验所将粉碎的微细纤维素与壳聚糖醋酸水溶液及增塑剂等搅拌混合后在玻璃板、金属板上流延干燥成膜，其气密性是PE的10100倍，抗张强度是PE的10倍，抗撕裂强度与玻璃纸相似,由于纤维素分子内和分子间也如淀粉那样形成许多氢键，想得到可熔融加工的产品就需要打开这些氢键。通过羟基的衍生化作用可以实现这一目的，如纤维素乙酸酯化、纤维素乙酰丁酸酯化等。实际上，要使上述衍生物具有热塑性，需要羟基的高度转化，而随着取代度的提高，生物降解速率急剧下降。为了解决这一矛盾，采取了如下三种方法：,(1)
5、折衷方法,使传统纤维素衍生物的取代度适合于热塑 性加工而又不使生物降解性大幅降低。这种 方法使取代度的范围非常狭窄，对生产要求 极其严格，难以实现。,(2) 引入长侧链,在低取代度下，引入长侧链，使纤维素链 空间上相互分离，且侧链可以生物降解经筛选，内酯尤其是e-己内酯是较合适的试剂,(3) 引入大体积取代基,在低取代度下，引入大体积取代基，也能有效地使纤维素链相互分离，从而提高加工性能 所用试剂常为二元羧酸或酐，如马来酸酐、邻六环二甲酸酐、四氢苯二甲酸酐、邻苯二甲酸酐等,展望,20世纪是能源、材料与环境保护和人体健康即环保保健相互联系的世纪；中华水利则明显突出环保保健这一特征。 开发生物可降解材料是大势所趋，它是解决当前“塑料垃圾”问题的有效途径，而多糖类完全可生物降解材料的开发则具有更加光明的前景。,
