多糖高分子功能材料的構筑范文

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【摘要】

隨著各國對環境保護問題的日益重視，新型環保可再生資源的開發與使用備受關注。文章對纖維素和甲殼素兩種可持續發展的可再生的多糖高分子物質的來源、結構和改性方面等作出介紹，并對其發展前景作了展望。

【關鍵詞】

可再生資源；多糖高分子；纖維素；甲殼素

1前言

隨著人們生活水平的提高和人口的不斷增長，化工原料和能源的需求量也與日俱增，然而面對石油價格上漲、能源緊缺與環境保護間等多重問題，化學化工也將向生物化工方向進行戰略轉移。纖維素和甲殼素等可再生生物資源的開發和應用越來越來受到關注，其產品也被廣泛應用于紡織、服裝、醫藥、環保等各個領域，所以對它們結構性質、溶解機理、溶解體系和改性的研究至關重要。

2纖維素和甲殼素的來源、結構與性質

2．1纖維素和甲殼素的來源1839年，纖維素首次由AnselmePayen將木材通過硝酸、氫氧化鈉溶液交替處理、分離得到。它作為植物細胞壁的主要成分，同時也作為自然界中分布最廣、含量最多的一種多糖而存在。主要來源于植物細胞壁、棉花纖維素、半纖維素和木質素等方面。1811年，法國自然科學史教授H．Braconnt從溫熱稀堿處理的蘑菇中得到一種纖維狀白色殘渣，并將其稱為Fungine。1823年，又一法國科學家A．Odier從甲殼類昆蟲翅鞘中分離出同樣的物質，他認為此物質是一種新型的纖維素，便命名為Chitin。

2．2纖維素和甲殼素的結構與性質纖維素是D－葡萄糖通過1，4－β糖苷鍵結合形成的一種長鏈高分子化合物，常溫不溶于稀酸、稀堿和水，化學式為(C6H10O5)n，其中C含量為44．44%，H含量為6．17%，O含量近49．39%。其物理結構分為結晶結構、纖絲結構、纖維素的氫鍵、纖維素光譜結構四種。若以特定條件下不同溶解進行劃分，則又可分為α－，β－，γ－三種類型的纖維素。纖維素分子結構中存在著三個較為活潑“－OH”能與分子間的氫鍵作用，增加了其線性完整性、提高剛性，易于形成結晶區。甲殼素又名甲殼質、幾丁質，簡稱β－1，4－聚－葡萄糖胺，分子式為(C8H13NO5)n，呈白色或灰色無定形、半透明固體，不溶于水、稀酸、弱堿、一般有機溶劑，可溶于濃鹽酸、硫酸、磷酸和無水甲酸。其結構可分為晶體與非晶體兩種，晶體中又細分為α－晶型甲殼素，β－晶型甲殼素，γ－晶型甲殼素三種，三種晶型在5%NaOH溶液中均穩定，其中α－晶型在自然界中含量最多，也最為穩定。

3新型纖維素和甲殼素材料

3．1新型纖維素材料新型纖維材料，是以然纖維素為原料，通過一系列化學、紡絲處理，不采用CS2生產的可再生纖維素纖維。從生產工藝看，目前再生纖維素纖維基本可分為兩類:一類是以粘膠纖維為代表的傳統型生產工藝，另一類是以Lyocell纖維為代表的新型溶劑法生產工藝。

3．2新型甲殼素材料甲殼素相比纖維素來說，只是結構上C2位置官能團的不同，纖維素分子有的是“CH3CONH－”，甲殼素則是一個“OH－”基團。所以兩者性能十分相似，再加上甲殼素本身具有的高的結晶度性能，它也可以用于高強度纖維材料與膜材料的制作。

3．3前景展望隨著當今社會人們環保意識的不斷增強，再之石油等化工原料的緊缺問題的出現，對可再生能源，尤其是自然界中生物質資源的開發和利用逐漸成為人們關注的重點。纖維素和甲殼素作為自然界中廣泛存在的多糖物質，經過系列化學物理方法處理后，就能轉化成豐富的能源物質。

4纖維素材料疏水改性及表面與界面研究進展

纖維素材料，其具反應活性基團對周圍環境極為敏感，熱力學作用、化學作用和力學剪切作用都會使得其發生降解，導致強度降低，為了能在復合構成中保護其纖維性能，則需要對其進行一定的改性。其改性方法一般采用化學改性或是物理處理。

4．1化學改性化學改性方法從纖維表面結構上進行處理，從而提高基體樹脂與纖維間的粘接性能及復合材料力學性能。它包括改變表面張力法、界面偶合法或表面接枝法等方法。其中，界面偶合法采用介于需要復合的不相容兩種材料性質間的偶聯劑來使它們達到相容。常用的偶聯劑有硅烷類偶聯劑、鈦酸酯類偶聯劑及鋁酸酯類偶聯劑等。這給出其中幾種作用機理:(1)弱界面層:偶聯劑可以消除弱界面層;(2)變形層:偶聯劑可以生成有強度又有伸縮性的界面層;(3)抑制層:偶聯劑的系數介于纖維和高聚物之間，可以形成一個高交聯的界面;

4．2物理處理方法相比化學改性方法，物理處理法則是通過改變纖維的結構及表面性能，進而改善了纖維與基結體樹脂間的粘合性能的一種方法，不對其化學成分進行改變。物理處理一般采用熱處理法、堿處理法、放電技術等，除此之外壓延、混紡的方式也是纖維改性的有效方法。其中，堿處理法通過將植物纖維中部分低分子雜質溶解和減小微纖旋轉角的方法，將樹脂與纖維間的粘合能增強。放電技術則是通過大量激活纖維素表面的醛基，進而改變纖維素的表面能的一種有效的物理處理方法，包括電暈、輻射、低溫等離子體等。

參考文獻:

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作者：王健 徐志君 單位：廣西大學