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第2期高分子通报15

淀粉/聚酯体系生物可降解材料

马骁飞,于九皋*

(天津大学理学院,天津300072)

摘要:主要从淀粉/聚酯共混、聚酯淀粉聚酯复合层、交联及生物降解性方面综述了近年来淀

粉/聚酯体系的生物可降解材料的研究进展。

关键词:淀粉;聚酯;复合层;生物降解

聚合物材料是上个世纪发展最为迅速的材料,但是大多数聚合物都是来源于石油这种不可更

新能源。面对全球能源危机和持续增长的环境污染,生产新型可生物降解聚合物的要求越来越迫

切。来源于农业资源的天然聚合物具有原料可更新,产品可生物降解、无污染等特点,近十年来成

为众多学者的研究对象。

淀粉产量丰富、价格便宜、易生物降解,通常以颗粒形式存在于玉米、小麦、大米和土豆等大量

植物中[1]。直链淀粉和支链淀粉是淀粉颗粒的两种主要组分,直链淀粉相当于一个链状分子,其中

包含有数百个1,4连接的D吡喃葡萄糖单元;支链淀粉是一种高度支化的分子,由短链多糖(10

~50残基)通过l~6支化点(5%~6%的总链段)连接到一起,是一种树形结构[2,3]。淀粉中两种组

分的比例对淀粉的性能有很大影响,直链淀粉含量增加,颗粒结晶度下降。有实验证明在淀粉颗粒

内部[4,5],直链淀粉多数不参与形成有序结构,而是形成部分无定型区域。

淀粉是多羟基聚合物,每个葡萄糖结构单元中的2,3,6位碳上含有羟基,形成了大量的分子

内、分子间氢键,需要加入增塑剂(如,水和多元醇)降低淀粉分子间作用力以提高加工性能。实际

上,纯热塑性淀粉(不含合成聚合物)可以用传统方法加工成塑料,但是纯淀粉塑料的强亲水性使其

对湿度十分敏感低湿度环境中,增塑剂会从产品中扩散出来,使产品变脆;高湿度环境时,水会

扩散进入产品,改变产品形状、降低力学性能。另外,弹性低和回缩性高也是淀粉的弱点。

具有良好实用性能的新型可生物降解合成聚合物是解决环境问题的一种方法。聚合物的生物

降解是指在微生物活性(有酶参与)的作用下,酶进入聚合物的活性位置并渗透到聚合物的作用点

后,使聚合物水解,大分子骨架断裂成小的链段,最终成为小分子稳定产物。水解基团就是聚合物

的活性位置,所以可生物降解合成聚合物通常含有可水解官能团(如,酯键、脲键、酰胺键、醚键)。

[6]

一些疏水性脂肪族聚酯(如,聚己内酯、聚乳酸等)具有良好的耐水性、力学性能和加工稳定性,可

以通过水解而降解,在土壤中可生物降解,但是生产成本远远高于传统塑料(如,聚乙烯、聚苯乙烯

等)。

廉价的淀粉和性能优良的可生物降解聚酯复合体系成为解决性能和成本这对矛盾的方法。用

于淀粉共混体系的聚酯主要有聚乳酸(PLA)、聚己内酯(PCL)、聚羟烷基聚酯(PHA)、聚丁二酸和己

二酸共聚丁二醇酯(PBSA)、聚酯酰胺(PEA)、聚羟基酯醚(PHEE)等等。热塑性淀粉/聚己内酯体系

:马骁飞(1975-),男,博士生,主要从事淀粉基生物降解材料的研究;

*通讯联系人。

16高分子通报2003年4月

[7]

Novamont公司MaterBi的Z类型产品,用于膜和薄片,堆肥条件下降解时

间为20~45天,但是该产品只能部分适于薄膜、注模物件和泡沫的生产。亲水性的淀粉和疏水性

聚酯是不相容的,简单共混体系的耐水性和力学性能改善并不令人满意,加入亲水亲油两性增容

剂,利用淀粉改性、聚酯改性、聚酯淀粉聚酯复合层、以及交联等方法可以赋予淀粉/聚酯体系更

广泛的应用范围。

1淀粉聚酯物理共混

11聚(己内酯)

目前研究较多的是聚(己内酯)(PCL),它是己内酯开环聚合得到的线性聚合物。结构式