可生物降解吸水材的研究.docVIP

可生物降解吸水材料的研究 [摘要]高吸水材料日益成为众多领域的重要功能材料，开发环境友好型可生物降解高吸水材料已经成为该领域研究热点之一。论文综述了可生物降解高吸水材料的研究新进展，着重介绍了淀粉、纤维素、海藻酸、壳聚糖等天然高分子类高吸水材料，以及聚乳酸类，氨基酸类，微生物合成类高吸水材料的特性，及近几年的研究开发情况，并对可生物降解高吸水材料的发展作了展望。 [关键词]高吸水材料；可生物降解；研究新进展；展望 高吸水材料是一种含有羧基、羟基等强亲水基团并具有一定交联度的功能性高分子材料, 它不溶于水, 却具有高的吸水、保水能力，已被广泛应用于医药卫生、农业园艺、石油化工、土木建筑等领域中,其中有大约90%的吸水材料用于一次性用品。目前，国内外对高吸水材料的研究主要集中在合成方法和反应机理等方面,对其环境影响和生物降解性的研究较少。随着现代科技发展，高吸水材料的需求量日益增长，而当前高吸水材料的主流产品丙烯酸类聚合物的生物分解性差, 给生态环境带来很大的危害,这样就存在着高吸水材料在大量废弃后造成环境污染的隐患。同时其原料依赖于日益枯竭的石油资源,已越来越不被人们所接受,与此同时研究和开发可生物降解性高吸水材料已日益受到政府、企业和科研机构的重视。因此，研究可生物降解高吸水材料,对于将其应用在难以重复使用或回收再生的各个领域造成的环境污染问题具有重大的意义。 目前,国内外对可生物降解性高吸水材料的研究报道主要有以下几类：天然高分子类、聚乳酸类、聚氨基酸类和微生物合成类。 1 天然高分子类高吸水材料 天然高分子作为高吸水材料的原料具有两大优势: 一是储量丰富，可不断再生, 成本低; 二是无毒且能被微生物分解, 可减少对环境的污染。天然高分子类可生物降解性高吸水材料主要有: 淀粉类、纤维素类、海藻酸类、壳聚糖类及其它类等。而以无毒、可生物降解的天然高分子材料为原料与亲水性的乙烯基单体接枝聚合制备高吸水性树脂是目前研究的热点之一。 淀粉类 淀粉是一种来源广泛、产量巨大、种类多、价格便宜的天然高分子物质, 广泛存在于植物如玉米、小麦、甘薯、马铃薯等中。淀粉本身很脆, 不宜单独作降解材料使用, 故常需进行改性。目前研究较多的主要为淀粉接枝共聚物, 由于其吸水保水能力好、成本低而得到迅速发展。 淀粉接枝共聚物的研究主要有以下这几种类型：淀粉接枝丙烯腈、淀粉接枝丙烯酸（盐）、淀粉接枝丙烯酸酰胺、淀粉接枝丙烯酸酯等。各种类型的接枝共聚物所得到的高吸水材料的吸水倍率、吸水速度及耐盐性等性能有所差异。其中由于淀粉接枝丙烯酸(盐) 类高吸水材料具有高吸水性能且可生物降解而受到众多研究者的青睐。 通常制备淀粉吸水剂是以淀粉为主要原料，通过自由基聚合将带有极性基团的乙烯基单体接枝到淀粉分子上，得到淀粉多糖与烯类的接枝共聚物。在这类共聚反应中，首先应在淀粉链上引发产生自由基，然后同单体反应生成接枝共聚物。接枝共聚时常用的引发方法为化学引发，而辐射引发和机械方法引发也有使用。毋庸置疑，淀粉的接枝共聚物具有许多优点,其共聚的关键是引发剂的使用。但目前研制出的引发剂在不同程度上有其不足之处，如硝酸铈铵作引发剂接枝效率高，但价格昂贵；过渡金属乙酰丙酮配合物作引发剂副反应较少，但制备过程较复杂；过硫酸盐作引发剂廉价无毒，但引发活性较低等。因此要开发廉价、高效、无污染、使用方便的引发剂还需不断努力。 目前，有许多科学家在孜孜不倦地做这方面的研究,并且也取得了颇为瞩目的成就。我国王庆军等[1]利用钴六十γ射线辐射聚合合成淀粉接枝丙烯酸盐高吸水材料,结果表明其具有快速的吸水和储水能力,生物相容性好,且具有生物降解性,适合在节水农作物中使用。而在国外，可降解吸水材料的研究和技术也已颇为成熟。Prafulla K.等由淀粉，甲基丙烯酸乙酯接枝共聚制备的高吸水性树脂，经过28天可降解约70 %。P. Lanthong等采用碳酸氢钠做发泡剂，三元共聚物聚氧化乙烯/聚氧化丙烯/聚氧化乙烯做发泡稳定剂，将丙烯酰胺，衣康酸接枝共聚到甘薯淀粉上合成可生物降解高吸水树脂。F弗诺、H施密特[2] 发明的高吸水树脂，是由吸水性聚合物在其制备、干燥、表面交联的任意一阶段或相承接的任意阶段混合淀粉而制得，该吸水树脂28天时可降解39%。 淀粉类高吸水材料同时也存在着长期保水性不足、凝胶强度低、易受微生物分解而失去保水能力等问题，限制了其在一定范围推广应用。目前需要解决淀粉类高吸水材料适应各种使用环境、水质条件和重复吸水的能力，以及减少其在应用中霉变等方面的难题。可在反应液中加入山梨糖单硬脂酸作防腐剂来提高其耐霉解性，也可加入交联剂提高其凝胶强度等。 纤维素类 纤维素是地球上存在量最大的可再生的天然高分子物质,绿色环保，价格低廉,具有可生物降解性,且抗霉解性能优于淀粉。利用纤维素