鄭涵斗（華僑大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)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(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)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(yīng)用范圍的不斷擴(kuò)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(diǎn)對殼聚糖在天然橡膠的熱穩(wěn)定性、力學(xué)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(jìn)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(lǐng)域均有所應(yīng)用。由于天然橡膠含有不飽和雙鍵，當(dāng)環(huán)境改變時(shí)，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(jìn)行改性不僅可以進(jìn)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(lǐng)域，對天然橡膠未來應(yīng)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(xué)性能

關(guān)于CS在改善天然橡膠熱穩(wěn)定性、力學(xué)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(jìn)行壓鑄成型得到熱塑性彈性體，同時(shí)對作為增強(qiáng)材料的CS下，天然橡膠的熱穩(wěn)定性、共混力學(xué)性能、耐溶劑性能等進(jìn)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(dú)立條件下熱力學(xué)性能不相容，但隨著兩種材料比率的改變，共混物的熱力學(xué)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(yuǎn)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(qiáng)材料，而發(fā)揮改性作用的關(guān)鍵則在于其較高的耐化學(xué)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(yùn)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(huì)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(jī)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(jìn)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(xì)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(jìn)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(shí)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(fù)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(yīng)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(jìn)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(yuǎn)遠(yuǎn)超過預(yù)期指標(biāo)，且在動(dòng)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(jià)交聯(lián)、靜電作用等途徑與多種其他物質(zhì)反應(yīng)生成復(fù)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(dòng)物等的過敏性。高徐必等人利用雜凝聚技術(shù)將制備的水溶性殼聚糖加入到天然膠乳溶液當(dāng)中，對天然膠乳的致敏性進(jìn)行改善，經(jīng)可溶性蛋白與過敏性皮膚兩項(xiàng)試驗(yàn)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(jià)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(jìn)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(xué)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(huì)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(huì)被賦予一定吸附能力。Johns等人在亞甲基藍(lán)陽離子水溶中進(jìn)行吸附試驗(yàn)，吸附劑采用CS與天然橡膠共混物。試驗(yàn)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(yīng)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(diǎn)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(yīng)用前景，而且兩者的復(fù)合還能夠進(jìn)一步拓寬適用范圍，賦予復(fù)合材料本身具備的多種優(yōu)良性能。從上述分析和當(dāng)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(fù)合將會(huì)在增強(qiáng)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(yīng)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(fù)合材料的性能[J]. 合成橡膠工業(yè)，2016,02:145～149.

[2] 孫遠(yuǎn). 氧化殼聚糖、絲膠和有機(jī)硅組合物改性天然乳膠的研究[D].華東理工大學(xué)，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(xué)，2012.

[4] 劉常盛. O-羧甲基殼聚糖-納米銀/天然膠乳復(fù)合抗菌材料的研究[D].太原理工大學(xué)，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(xué)，2010.

（P-02)

Study on properties of chitosan modif ed natural rubber

TQ332 TB332

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

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10.13520/j.cnki.rpte.2016.14.022

鄭涵斗（1995-），男，本科，畢業(yè)于華僑大學(xué)，專業(yè)為高分子材料與工程，研究方向?yàn)闅ぞ厶歉男苑矫嬉约翱咕?、天然高分子材料?br/>

2016-05-31