壳聚糖改性天然橡胶的性能研究

郑涵斗（华侨大学材料科学与工程学院，福建 厦门 361021）

壳聚糖改性天然橡胶的性能研究

郑涵斗
（华侨大学材料科学与工程学院，福建 厦门 361021）

在不同程度脱乙酰作用下，由甲壳素生成的一种可再生资源即为壳聚糖（CS）。近几年，随着橡胶应用范围的不断扩大，壳聚糖在改性天然橡胶性能方面的研究工作也在持续的梳理着。本文重点对壳聚糖在天然橡胶的热稳定性、力学等加工性能、抗菌性能、生物相容性能、耐溶剂性、吸附性等性能改性中所具有的显著作用进行阐述，期望能够帮助壳聚糖改性天然橡胶性能研究积累更多资料。

CS；天然橡胶；抗菌性；相容性；加工性能

天然橡胶（NR）主要产于巴西，由巴西三叶橡胶树提炼加工浓缩所形成的天然胶乳，综合性能优良，在汽车轮胎等各领域均有所应用。由于天然橡胶含有不饱和双键，当环境改变时，其结构也容易发生改变，这就为其改性提供了可能。对天然橡胶进行改性不仅可以进一步提高天然橡胶的性能，而且可以拓展天然橡胶的使用领域，对天然橡胶未来应用具有十分重要的影响和意义。

1　CS改善加工性能

1.1CS改性热稳定性、力学性能

关于CS在改善天然橡胶热稳定性、力学性能、硫化性能等加工性能方面的研究，目前比较有代表性的研究成果主要包括：Rao等人采用溶液浇铸法将CS与天然胶乳放在140℃高温下进行压铸成型得到热塑性弹性体，同时对作为增强材料的CS下，天然橡胶的热稳定性、共混力学性能、耐溶剂性能等进行了大量的研究，并从研究中发现CS与天然橡胶虽然在独立条件下热力学性能不相容，但随着两种材料比率的改变，共混物的热力学性能也随之发生改变，热稳定性显著提高，而耐溶剂性则降低[1]。

1.2CS改性弹性、柔软性

张可喜等人将改性的天然胶乳加入到CS明胶共混物中，发现改性天然胶乳的高弹性、柔软性等性能得到明显改善与提高，较好的解决了人工皮肤存在的某些问题，而CS在其中发挥的作用远高于明胶。在天然橡胶加工性能的改性中，CS主要是作为一种增强材料，而发挥改性作用的关键则在于其较高的耐化学腐蚀和耐溶剂性。

2　CS改善抗菌性能

2.1CS改性保鲜防腐性能

新鲜天然胶乳在运输过程中，由于其本身含有少量的酶、金属离子等物质，在氧气、光等的作用下就会使内部蛋白质、糖类等物质发生分解生成腐败物、有机酸等物质，从而使新鲜天然胶乳凝固，性能变差，影响加工质量，甚至对人类产生危害。因此，对新鲜天然胶乳进行新鲜保存非常重要[2]。鉴于CS具有良好的抗菌性，可以抑制几十种细菌、真菌的生长，且安全无公害，有人就对CS保存天然橡胶，提高新鲜胶乳的抗菌性进行了研究。研究表明，随着CS分子量的减少，天然橡胶的防腐能力提高，且两种改性壳聚糖的防腐能力呈现良好状态。

2.2CS改性抗菌性能

除了作为保鲜剂可以保存新鲜天然胶乳之外，CS较好的抗菌性还可以改善天然橡胶的共混物抗菌能力。CS属于一种天然的碱性多糖物质，可以实现生物形式降解天然高分子，为改性天然橡胶的共混物抗菌性提供了可能。伊智峰等人将N羧甲基壳聚糖与天然胶乳共混得到两种物质的抗菌复合材料，经红外光谱图分析发现，CS与天然橡胶之间有着明显的相互作用，随着初始温度的逐渐升高，天然橡胶获得了一定的抗菌性能[3]。侯莹等人在碱性环境下，将CS作为反应物质，经氯乙酸和异丙醇作用，制备出O羧甲基壳聚糖，并将其作为抗菌剂与天然胶乳进行物理共混。结果显示，加入水溶性CS后的天然胶乳抗菌性能远远超过预期指标，且在动物体内具有良好的生物相容性，安全无毒。

3　CS改善生物相容性能

CS羟基与氨基的存在使得其可以通过共价交联、静电作用等途径与多种其他物质反应生成复合材料，使高聚物增加多种优良性能。在这方面，CS主要是作为表面活性剂，用以改善天然橡胶的生物相容性能，从而降低橡胶产品对人体、动物等的过敏性。高徐必等人利用杂凝聚技术将制备的水溶性壳聚糖加入到天然胶乳溶液当中，对天然胶乳的致敏性进行改善，经可溶性蛋白与过敏性皮肤两项试验测试发现，水溶性CS可以有效改善天然乳胶的生物相容性，提高天然橡胶的保湿作用，从而降低橡胶的致敏性[4]。余和平等人利用紫外光固化水溶性CS改性天然橡胶表面亲水性，通过对所得红外光谱分析得知，水溶性CS中的共价键与天然橡胶胶膜表面相连接，使天然橡胶表面亲水性得到有效提高，进而生物相容性得到明显提高，致敏性降低。

4　CS改善其他性能

4.1CS改性耐溶剂性、吸附性

CS良好的耐溶剂性在文章开篇就有提到，这意味着其可以作为耐溶剂来改性天然橡胶的耐化学腐蚀等性能。而CS的吸附性是源于其分子中游离氨基的存在，在稀酸溶液中游离氨基会被质子化带上大量正电荷，从而具有一定吸附性。也就是说，CS在某种条件作用下会被赋予一定吸附能力。Johns等人在亚甲基蓝阳离子水溶中进行吸附试验，吸附剂采用CS与天然橡胶共混物。试验结果表明，在天然橡胶的共混作用下，CS具有了一定吸附能力，可以吸附某些离子。这一吸附作用使得CS在废水处理方面得到了良好的应用[5]。

4.2CS改性绝缘性能

从CS具有的介电常数高、体积电阻率低等特点分析，在CS改性天然橡胶性能研究中还发现，CS与天然橡胶的共混物可以使共混物的介电性能得到较好改善，而介电性能的改善赋予了两种材料共混物较高的绝缘性能。所以，CS还具有改性天然橡胶绝缘性能的优势。

5总结

综上，壳聚糖与天然橡胶作为两种重要的天然高分子材料，不仅各自有着广阔的应用前景，而且两者的复合还能够进一步拓宽适用范围，赋予复合材料本身具备的多种优良性能。从上述分析和当前CS改性天然橡胶性能的研究趋势中可以看出，未来CS与天然橡胶复合将会在增强材料、表面活性剂、吸附剂、耐溶剂、新鲜胶乳保鲜剂、抗菌剂等多方面得到广泛的应用。

[1] 舒杨，王继虎，温绍国，殷常乐，汪鹏主，张栋栋，杜中燕.壳聚糖改性二氧化硅/天然橡胶复合材料的性能[J]. 合成橡胶工业，2016,02:145～149.

[2] 孙远. 氧化壳聚糖、丝胶和有机硅组合物改性天然乳胶的研究[D].华东理工大学，2013.

[3] 高徐必. 水溶性壳聚糖/水性聚氨酯改性天然乳胶薄膜材料的研究[D].华东理工大学，2012.

[4] 刘常盛. O-羧甲基壳聚糖-纳米银/天然胶乳复合抗菌材料的研究[D].太原理工大学，2011.

[5] 李南平. PMMA/SiO_2杂化材料乳液改性天然橡胶的研究[D].华南热带农业大学，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

郑涵斗（1995-），男，本科，毕业于华侨大学，专业为高分子材料与工程，研究方向为壳聚糖改性方面以及抗菌、天然高分子材料。

2016-05-31