淀粉基可生物降解纖維的研究進(jìn)展

1、淀粉基可生物降解纖維的研究進(jìn)展淀粉基可生物降解纖維的研究進(jìn)展關(guān)鍵詞淀粉纖維改性可降解材料1天然淀粉的結(jié)構(gòu)與性能天然淀粉的結(jié)構(gòu)與性能淀粉在自然界中分布廣泛，是高等植物常見的組分，也是碳水化合物貯藏的主要形式。淀粉是綠色植物光合作用的產(chǎn)物，但也存在于微生物中。淀粉顆粒由排列成層狀的高分子組成，存在于植物的種子、根、莖、果實(shí)等中。顆粒外層由70％～80％的支鏈淀粉組成，內(nèi)層由20％～30％的直鏈淀粉及配糖物的殘余物組成。淀粉是由葡萄糖構(gòu)成的多

2、糖，是一種均聚物。淀粉主要由直鏈淀粉和支鏈淀粉組成。一般認(rèn)為，直鏈淀粉是一種線形多聚物，是由α葡萄糖經(jīng)α－1，4糖苷鍵連結(jié)而成的鏈狀分子，僅有很少的支鏈存在，分子呈螺旋形結(jié)構(gòu)；支鏈淀粉是一種高度分枝的高分子，主鏈上分出支鏈，主鏈由各葡萄糖單元之間α－1，4糖苷鍵連結(jié)構(gòu)成，支鏈通過(guò)α－1，6糖苷鍵與主鏈相連，分枝點(diǎn)的α－1，6糖苷鍵約占總糖苷鍵的5％。半結(jié)晶性是天然淀粉的重要性質(zhì)之一。在大多數(shù)淀粉中，支鏈淀粉是其主要的結(jié)晶組分。淀粉的半結(jié)

3、晶性受到直鏈淀粉與支鏈淀粉比例的影響。另外，淀粉顆粒不溶于冷水和大多數(shù)有機(jī)溶劑，但少量水可在淀粉顆粒的膨脹體中反應(yīng)而被吸收。在熱和大量水存在的條件下，淀粉的半結(jié)晶性喪失，失去X衍射現(xiàn)象，形成凝膠。形成的凝膠具有非牛頓流體行為。2淀粉的改性淀粉的改性直接從植物中提取的淀粉(原淀粉)具有冷水不溶、糊液熱穩(wěn)定性差、抗剪切性能低、冷卻后易脫水、老化及成膜性能差、缺乏耐水性和乳化能力等不足，從而限制了淀粉的應(yīng)用領(lǐng)域。為了克服原淀粉的缺點(diǎn)，人們將原

4、淀粉進(jìn)行改性，獲得了原淀粉所不具備的性能，從而拓寬了淀粉的應(yīng)用領(lǐng)域rl?？梢?，無(wú)論是為了滿足工業(yè)應(yīng)用的要求(如：食品高溫殺菌要求淀粉具有高溫粘度穩(wěn)定性)，還是為了開辟淀粉的新用途(如：淀粉纖維、淀粉代血漿的生產(chǎn))，都需要對(duì)淀粉進(jìn)行改性。早在20世紀(jì)30年代人們就開始了改性淀粉的研究，隨著淀粉改性技術(shù)的不斷進(jìn)步，淀粉工業(yè)得到了很大的發(fā)展，時(shí)至今日，改性產(chǎn)品已達(dá)數(shù)千種。淀粉改性的方法很多，概括地說(shuō)，主要可以分為4類，即：物理改性、化學(xué)改性、

5、酶法改性和復(fù)合改性。2.12.1物理改性物理改性物理改性方法主要有預(yù)糊化、γ射線處理、UV射線處理、機(jī)械研磨處理以及油脂復(fù)合處理等。預(yù)糊化是最常用的淀粉改性方法，它是通過(guò)加熱淀粉乳使淀粉顆粒糊化，然后再干燥得到α﹣淀粉。α﹣淀粉能在冷水中溶脹、溶解，形成具有一定粘度的糊液，且其凝沉性比原淀粉小，方便使用，廣泛用于食品、養(yǎng)鰻、醫(yī)藥、鑄造和石油鉆井領(lǐng)域。γ射線處理淀粉是利用7射線能水解化學(xué)鍵，使淀粉分子產(chǎn)生自由基，從而改變淀粉的尺寸和結(jié)構(gòu)，

6、增加淀粉的溶解性，減小膨脹性，并降低淀粉糊的相對(duì)粘度。韓國(guó)Hallym大學(xué)的Il—JunKang于1997年在美國(guó)舉行的第十屆國(guó)際放射性方法大會(huì)上指出，經(jīng)γ射線處理和過(guò)硫酸銨作用過(guò)的淀粉，其粘度可得到顯著降低，粘度穩(wěn)定性較好，從而改變了它們單獨(dú)作用時(shí)不具備的粘度穩(wěn)定性。UV射線處理淀粉與7射線處理有相似之處，也可使淀粉產(chǎn)生自由基，并能降低淀粉的相對(duì)粘度。22化學(xué)改性化學(xué)改性所謂化學(xué)改性是指用化學(xué)試劑來(lái)處理淀粉，處理過(guò)程中有化學(xué)發(fā)應(yīng)產(chǎn)生，

7、使淀粉基本結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，從而達(dá)到改性的目的。化學(xué)改性可分為兩類：一類是使淀粉分子量減小，如酸解和氧化；另一類則是使淀粉分子量增大，如交聯(lián)、酯化、醚化和接枝等。淀粉分子上的羥基(0H)和糖苷鍵是主要的反應(yīng)活性部位，它們可以與化學(xué)試劑發(fā)生反應(yīng)?；瘜W(xué)改性的淀粉產(chǎn)品種類最多，用途最廣，因而，其研究亦最活躍。如醚化產(chǎn)品CMS，這種纖維的添加可以提高紙張的抗張強(qiáng)度、耐折疊性和斷裂強(qiáng)度等，而且隨著淀粉含量的增加，可制成剝離紙和復(fù)印紙。20世紀(jì)90年代

8、末，日本磯貝明將淀粉分散、加熱、糊化。得到10％的淀粉溶液，擠入40％的硫化銨溶液中，可得纖維狀凝膠。把纖維與碳酸鈣、二氧化鈦等復(fù)合，或與PVA等水溶性高分子復(fù)合，可控制纖維的直徑、改變纖維形態(tài)以及提高穩(wěn)定性，在造紙上可作為替代木漿的材料。32非織造布非織造布含淀粉的纖維在非織造布方面也取得了一定成果。由于淀粉的熱塑性很差而親水性過(guò)強(qiáng)，通常需要合成淀粉的衍生物或與其他高聚物共混，來(lái)提高其加工性能，進(jìn)而制成纖維制品。淀粉基可降解聚合物Ma

9、terBiA和MaterBiZ分別為淀粉一烯醇共聚物和淀粉一聚己內(nèi)酯共混物，可用于制造非織造布。美國(guó)B0nd等用變性淀粉和可降解熱塑性高聚物等，通過(guò)熔融紡絲，研制出了可用于非織造布的性能良好的纖維口。由淀粉型高分子、部分皂化的醋酸乙烯酯、以及不含官能團(tuán)的不飽和單體和脂肪族聚酯組成的共聚物，及由降解催化劑和增塑劑組成的混合物，經(jīng)熔紡制成的纖維可進(jìn)一步加工成非織造布。改性后的淀粉纖維在無(wú)紡布工業(yè)上還可用作粘合劑。它能夠很好地粘合聚酯纖維、尼

10、龍、聚烯烴纖維和人造絲等合成纖維，還能粘合玻璃纖維、陶瓷纖維以及石棉等無(wú)機(jī)纖維。33服飾用纖維服飾用纖維研究淀粉纖維用于服飾用是最近10來(lái)年的事，它大大地拓展了淀粉纖維的利用空間，也是淀粉纖維研制的主要發(fā)展方向。日本已有用丙烯腈接枝淀粉共聚物進(jìn)行紡絲，得到了強(qiáng)度較高的纖維(159cN／dtex)的報(bào)道。該纖維手感柔軟，并有衣料質(zhì)感，有望成為服飾用纖維。美國(guó)Maheras等用高取代度的淀粉醋酸酯和纖維素醋酸酯共混，也制得了纖維制品。淀粉和

11、聚乙烯醇(聚合度為500～3500)的混合物以水為溶劑，經(jīng)濕法成纖后可獲得力學(xué)性能良好的可降解纖維。把皂化過(guò)的聚乙烯醇和玉米淀粉以一定比例混合配成紡絲液，經(jīng)干法或濕法紡絲，在120℃空氣中拉伸，也可制得可生物降解纖維引]。熱塑性淀粉可與其他高分子共混，包括聚烯烴(如PE、PP等)、聚酯(如PLA、PCL、PHA等)以及纖維素纖維等，這些共混物的機(jī)械性能和耐水性能有了較大的提高，但淀粉與聚烯烴、聚酯之間的相容性較差，成為影響產(chǎn)品性能的不利

12、因素。如何提高混和組分的相容性使之成為單一的均相，如何平衡其親水性和提高其熱塑性，這些問(wèn)題都還需要人們?yōu)橹?。最近，法?guó)Averousl等將熱塑性淀粉與聚酪酰胺共混，制得的材料的疏水性和相容性都有所提高。除了直接將變性后的淀粉紡制成纖維外，還可利用酶等加工工藝將淀粉轉(zhuǎn)化為聚乳酸，再制成纖維。這種方法得到的纖維性能優(yōu)良。美國(guó)糧食公會(huì)和卡吉爾道(Cargill－Dar)聚合物公司與日本鐘紡纖維公司共同推出了這種新型的環(huán)保型纖維。它是由玉米

13、淀粉發(fā)酵制得的乳酸經(jīng)過(guò)聚合，熔融紡絲生產(chǎn)成聚乳酸纖維，又稱之為PIA纖維(LACTRON)或稱玉米纖維。該纖維能生化分解，其燃燒熱較低且燃燒后不會(huì)生成氮的氧化物等氣體，使用后的廢棄物埋在土中或置入水中，可被微生物分解成碳酸氣和水，在光合作用下，又會(huì)生成起始原料淀粉，是一種極具發(fā)展?jié)摿Φ纳鷳B(tài)纖維。該纖維能與棉、羊毛混紡生產(chǎn)具有絲感外觀的T恤、夾克衫、長(zhǎng)襪和晚禮服等。除PLA纖維外，美國(guó)杜邦公司最近投產(chǎn)了一種全新的多聚體化合物產(chǎn)品“索羅那”