殼聚糖改性天然橡膠的性能研究

鄭涵斗（華僑大學材料科學與工程學院，福建 廈門 361021）

殼聚糖改性天然橡膠的性能研究

鄭涵斗
（華僑大學材料科學與工程學院，福建 廈門 361021）

在不同程度脫乙酰作用下，由甲殼素生成的一種可再生資源即為殼聚糖（CS）。近幾年，隨著橡膠應用范圍的不斷擴大，殼聚糖在改性天然橡膠性能方面的研究工作也在持續(xù)的梳理著。本文重點對殼聚糖在天然橡膠的熱穩(wěn)定性、力學等加工性能、抗菌性能、生物相容性能、耐溶劑性、吸附性等性能改性中所具有的顯著作用進行闡述，期望能夠幫助殼聚糖改性天然橡膠性能研究積累更多資料。

CS；天然橡膠；抗菌性；相容性；加工性能

天然橡膠（NR）主要產(chǎn)于巴西，由巴西三葉橡膠樹提煉加工濃縮所形成的天然膠乳，綜合性能優(yōu)良，在汽車輪胎等各領域均有所應用。由于天然橡膠含有不飽和雙鍵，當環(huán)境改變時，其結(jié)構(gòu)也容易發(fā)生改變，這就為其改性提供了可能。對天然橡膠進行改性不僅可以進一步提高天然橡膠的性能，而且可以拓展天然橡膠的使用領域，對天然橡膠未來應用具有十分重要的影響和意義。

1　CS改善加工性能

1.1CS改性熱穩(wěn)定性、力學性能

關于CS在改善天然橡膠熱穩(wěn)定性、力學性能、硫化性能等加工性能方面的研究，目前比較有代表性的研究成果主要包括：Rao等人采用溶液澆鑄法將CS與天然膠乳放在140℃高溫下進行壓鑄成型得到熱塑性彈性體，同時對作為增強材料的CS下，天然橡膠的熱穩(wěn)定性、共混力學性能、耐溶劑性能等進行了大量的研究，并從研究中發(fā)現(xiàn)CS與天然橡膠雖然在獨立條件下熱力學性能不相容，但隨著兩種材料比率的改變，共混物的熱力學性能也隨之發(fā)生改變，熱穩(wěn)定性顯著提高，而耐溶劑性則降低[1]。

1.2CS改性彈性、柔軟性

張可喜等人將改性的天然膠乳加入到CS明膠共混物中，發(fā)現(xiàn)改性天然膠乳的高彈性、柔軟性等性能得到明顯改善與提高，較好的解決了人工皮膚存在的某些問題，而CS在其中發(fā)揮的作用遠高于明膠。在天然橡膠加工性能的改性中，CS主要是作為一種增強材料，而發(fā)揮改性作用的關鍵則在于其較高的耐化學腐蝕和耐溶劑性。

2　CS改善抗菌性能

2.1CS改性保鮮防腐性能

新鮮天然膠乳在運輸過程中，由于其本身含有少量的酶、金屬離子等物質(zhì)，在氧氣、光等的作用下就會使內(nèi)部蛋白質(zhì)、糖類等物質(zhì)發(fā)生分解生成腐敗物、有機酸等物質(zhì)，從而使新鮮天然膠乳凝固，性能變差，影響加工質(zhì)量，甚至對人類產(chǎn)生危害。因此，對新鮮天然膠乳進行新鮮保存非常重要[2]。鑒于CS具有良好的抗菌性，可以抑制幾十種細菌、真菌的生長，且安全無公害，有人就對CS保存天然橡膠，提高新鮮膠乳的抗菌性進行了研究。研究表明，隨著CS分子量的減少，天然橡膠的防腐能力提高，且兩種改性殼聚糖的防腐能力呈現(xiàn)良好狀態(tài)。

2.2CS改性抗菌性能

除了作為保鮮劑可以保存新鮮天然膠乳之外，CS較好的抗菌性還可以改善天然橡膠的共混物抗菌能力。CS屬于一種天然的堿性多糖物質(zhì)，可以實現(xiàn)生物形式降解天然高分子，為改性天然橡膠的共混物抗菌性提供了可能。伊智峰等人將N羧甲基殼聚糖與天然膠乳共混得到兩種物質(zhì)的抗菌復合材料，經(jīng)紅外光譜圖分析發(fā)現(xiàn)，CS與天然橡膠之間有著明顯的相互作用，隨著初始溫度的逐漸升高，天然橡膠獲得了一定的抗菌性能[3]。侯瑩等人在堿性環(huán)境下，將CS作為反應物質(zhì)，經(jīng)氯乙酸和異丙醇作用，制備出O羧甲基殼聚糖，并將其作為抗菌劑與天然膠乳進行物理共混。結(jié)果顯示，加入水溶性CS后的天然膠乳抗菌性能遠遠超過預期指標，且在動物體內(nèi)具有良好的生物相容性，安全無毒。

3　CS改善生物相容性能

CS羥基與氨基的存在使得其可以通過共價交聯(lián)、靜電作用等途徑與多種其他物質(zhì)反應生成復合材料，使高聚物增加多種優(yōu)良性能。在這方面，CS主要是作為表面活性劑，用以改善天然橡膠的生物相容性能，從而降低橡膠產(chǎn)品對人體、動物等的過敏性。高徐必等人利用雜凝聚技術將制備的水溶性殼聚糖加入到天然膠乳溶液當中，對天然膠乳的致敏性進行改善，經(jīng)可溶性蛋白與過敏性皮膚兩項試驗測試發(fā)現(xiàn)，水溶性CS可以有效改善天然乳膠的生物相容性，提高天然橡膠的保濕作用，從而降低橡膠的致敏性[4]。余和平等人利用紫外光固化水溶性CS改性天然橡膠表面親水性，通過對所得紅外光譜分析得知，水溶性CS中的共價鍵與天然橡膠膠膜表面相連接，使天然橡膠表面親水性得到有效提高，進而生物相容性得到明顯提高，致敏性降低。

4　CS改善其他性能

4.1CS改性耐溶劑性、吸附性

CS良好的耐溶劑性在文章開篇就有提到，這意味著其可以作為耐溶劑來改性天然橡膠的耐化學腐蝕等性能。而CS的吸附性是源于其分子中游離氨基的存在，在稀酸溶液中游離氨基會被質(zhì)子化帶上大量正電荷，從而具有一定吸附性。也就是說，CS在某種條件作用下會被賦予一定吸附能力。Johns等人在亞甲基藍陽離子水溶中進行吸附試驗，吸附劑采用CS與天然橡膠共混物。試驗結(jié)果表明，在天然橡膠的共混作用下，CS具有了一定吸附能力，可以吸附某些離子。這一吸附作用使得CS在廢水處理方面得到了良好的應用[5]。

4.2CS改性絕緣性能

從CS具有的介電常數(shù)高、體積電阻率低等特點分析，在CS改性天然橡膠性能研究中還發(fā)現(xiàn)，CS與天然橡膠的共混物可以使共混物的介電性能得到較好改善，而介電性能的改善賦予了兩種材料共混物較高的絕緣性能。所以，CS還具有改性天然橡膠絕緣性能的優(yōu)勢。

5總結(jié)

綜上，殼聚糖與天然橡膠作為兩種重要的天然高分子材料，不僅各自有著廣闊的應用前景，而且兩者的復合還能夠進一步拓寬適用范圍，賦予復合材料本身具備的多種優(yōu)良性能。從上述分析和當前CS改性天然橡膠性能的研究趨勢中可以看出，未來CS與天然橡膠復合將會在增強材料、表面活性劑、吸附劑、耐溶劑、新鮮膠乳保鮮劑、抗菌劑等多方面得到廣泛的應用。

[1] 舒楊，王繼虎，溫紹國，殷常樂，汪鵬主，張棟棟，杜中燕.殼聚糖改性二氧化硅/天然橡膠復合材料的性能[J]. 合成橡膠工業(yè)，2016,02:145～149.

[2] 孫遠. 氧化殼聚糖、絲膠和有機硅組合物改性天然乳膠的研究[D].華東理工大學，2013.

[3] 高徐必. 水溶性殼聚糖/水性聚氨酯改性天然乳膠薄膜材料的研究[D].華東理工大學，2012.

[4] 劉常盛. O-羧甲基殼聚糖-納米銀/天然膠乳復合抗菌材料的研究[D].太原理工大學，2011.

[5] 李南平. PMMA/SiO_2雜化材料乳液改性天然橡膠的研究[D].華南熱帶農(nóng)業(yè)大學，2010.

（P-02)

Study on properties of chitosan modif ed natural rubber

TQ332 TB332

1009-797X(2016)14-0067-02

A

10.13520/j.cnki.rpte.2016.14.022

鄭涵斗（1995-），男，本科，畢業(yè)于華僑大學，專業(yè)為高分子材料與工程，研究方向為殼聚糖改性方面以及抗菌、天然高分子材料。

2016-05-31