壳聚糖的共混改性及应用研究进展

壳聚糖的共混改性及应用研究进展

摘 要：本文介绍了通过共混对壳聚糖进行改性的研究新进展，主要讨论了壳聚糖与淀粉、葡甘聚糖、聚乙烯醇、聚丙烯腈、聚丙烯酰胺共混物在各个领域中的应用进展及发展前景。

关键词：壳聚糖 共混改性 研究进展

一、前言

甲壳素是从虾、昆虫等动物或是藻类等植物中提取出来的天然高分子聚合物，在自然状态下是乳白色的粘稠液体。壳聚糖是甲壳素脱乙酰基的降解产物，化学名称为聚葡萄糖胺（1-4）-2-氨基-β-D葡萄糖。一般而言，N-乙酰基脱去55%以上就可称之为壳聚糖，它在水中和碱溶液中均不能溶解，但可溶于稀酸溶液，是一种天然的碱性多糖。这种天然高分子由于具有生物相容性、安全性、微生物降解性等众多优良性能而在近几年成为热门的研究课题，并在纺织、环保、日化、医药、食品、化工、农业等众多领域得到广泛的应用[1]。

壳聚糖的制备原料廉价易得，环保无污染，独特的结构使其性能优良，具有很多潜在应用价值。但由于它只能溶解于某些酸中这一特性，使其在应用方面大大受限，也影响研究工作的深入开展。因此，对壳聚糖进行共混改性成为壳聚糖研究中广受关注的课题。

二、常用共混改性方法

1.壳聚糖/淀粉的共混改性

壳聚糖原材料易得、无毒环保、可生物降解，具有良好的成膜性。淀粉廉价易得，可以制备透明膜材料，但是由于其强度低、易发霉、抗水性差等缺点而使用受限。通过制备壳聚糖/淀粉共混膜可以进行取长补短，使其性能得到改进。聂柳慧[2]等对共混膜中壳聚糖与淀粉的固含量比例进行研究，发现其固含量为1：1时，在常温下即可成膜，并且具有较高的膜相对透明性、柔韧性，壳聚糖-淀粉共混包装膜具有优于普通塑料薄膜的力学性能。

2.壳聚糖/葡甘聚糖的共混改性

壳聚糖和羧甲基葡甘聚糖可以形成聚电解质复合物，在成膜过程中形成互穿网络结构。唐汝培[3]等通过溶液共混法制备出壳聚糖-羧甲基葡甘聚糖共混膜，表现出良好的相容性，共混膜的力学性能随羧甲基葡甘聚糖含量的增加而得到明显的提高。王碧[4]等研究表明胶原蛋白、葡甘聚糖、壳聚糖三种高分子材料存在强烈的相互作用和良好的相容性，制得具有均匀光滑的截面形貌、较高的透光率的共混膜。与单一聚合物和二元共混膜相比，力学性能，透水汽性和渗透性更加优良，这也预示了葡甘聚糖-胶原蛋白-壳聚糖共混膜在生物材料领域具有广阔

的应用前景。

3.壳聚糖/聚乙烯醇的共混改性

郑化等[5]采用溶液纺丝法制得壳聚糖/聚乙烯醇共混纤维，测试了其力学性能.壳聚糖与聚乙烯醇在共混纤维中具有良好的相容性；壳聚糖脱乙酰度为90.2%时，共混纤维的抗张强度在聚乙烯醇含量为20%（wt）最大，其干、湿态抗张强度分别达到1.82cN/d和0.81cN/d；共混纤维的保水值均高于170%，大于纯态壳聚糖纤维的保水值（120%）.胡宗智等探讨了壳聚糖与聚乙烯醇进行溶液共混而对其进行增韧改性，通过对共混膜进行DSC、TG以及力学性能分析，表明在该共混膜中，壳聚糖与聚乙烯醇两者间有很好的相容性，虽然其热稳定性及拉伸强度有所下降，但韧性得到了明显的改善。申景博等以溶液共混的方法，制备了壳聚糖-淀粉-聚乙烯醇共混膜，并对薄膜的抗拉强度、断裂伸长率和气体阻隔性进行测试。实验表明：壳聚糖含量为40%，聚乙烯醇和淀粉质量比例2：1，甘油含量15%时，共混体系具有较好的相容性、较理想的机械性能和气体阻隔性，共混膜的抗拉强度和断裂伸长率分别达到62MPa和118%，透氧系数仅为12.1×10-15 cm3·cm/cm2·s·Pa。

4.壳聚糖/聚丙烯腈的共混改性

壳聚糖具有良好的成膜性、生物相容性、可生物降解性以及安全无毒性等优点，是一种理想的高分子成膜材料，常用于超滤膜、反渗透膜、纳滤膜等制备。侯进等以壳聚糖醋酸溶液为铸膜液，并加入小分子添加剂，涂敷在聚丙烯腈超滤膜上，以戊二醛为交联剂，制备了壳聚糖共混物/聚丙烯腈复合纳滤膜。黄瑞华等研究制备出新型季铵化壳聚糖/聚丙烯腈（PAN）复合纳滤膜并对其截留性能研究，发现复合膜的纯水渗透系数为16.6 L/（h·m2·MPa），同时对不同类型的无机盐呈现不同的截留规律。该膜对钙、镁高价阳离子有很高截留率，可有望用于脱钙、镁及水的软化。

5.壳聚糖/聚丙烯酰胺的共混改性

壳聚糖的链段中含有-OH、-NH2活性基团，可与重金属离子形成配合物，而且由于其无毒，不产生二次污染，生物降解性好的优点，在废水处理中的应用越来越受到关注。但是，壳聚糖相对分子质量小、架桥能力差、成本高，必须对其进行改性处理。郭娟娟等进行了壳聚糖-丙烯酰胺-丙烯酸接枝共聚物的合成和接枝共聚物对重金属离子吸附性能的研究。以壳聚糖、丙烯酰胺、丙烯酸为主要原料合成三元接枝共聚物，发现当重金属浓度为10mg/L时，接枝共聚物对铜、锌、铅的平衡吸附容量在25mg/g左右，重金属浓度为50mg/L和100mg/L时，接枝共聚物对铜的平衡吸附容量在5mg/g左右，对锌铅的饱和吸附容量在40mg/g左右。

三、结语

通过壳聚糖与其他高分子的共混改性可以赋予材料优良的性能，达到取长补

短的复合效果。在今年来改性的研究进展中可以看出，壳聚糖类的用途得到大大拓宽，利用其优良的成膜性能进行功能化，可以在重金属离子的吸附、生物医用膜材料、生物组织功能材料等领域得到应用。同时，利用壳聚糖的生物可降解性用于环保材料的研究也有很大的发展空间。

参考文献

[1]卢永军，稽文明.甲壳素及其衍生物在医药卫生领域中的应用[A].中国化学会应用化学委员会，2007年中国甲壳素及其衍生物学术研讨会论文集[C].119-123.

[2]聂柳慧.壳聚糖共混改性及其在果蔬涂膜保鲜中的应用[D]，天津，天津科技大学，2006.

[3]赵铁，杜予民，唐汝培.壳聚糖水杨酸盐-明胶共混膜结构表征及其抗菌性[J].分析科学学报 ，2002，18（2）：100-104.

[4] 王碧，王坤余，但卫华等.葡甘聚糖-胶原蛋白-壳聚糖共混膜[J].生物医学工程学杂志，2006，23（1）：102-106.

[5]郑化，杜予民，余家会等.壳聚糖/聚乙烯醇共混纤维的结构与性能[J].武汉大学学报，2000，02.

崔志萍（1990-）女，汉族，河南新乡人，河南大学化学化工学院，研究方向：应用化学。