下载文档原格式
壳聚糖的制备及改性唐杰斌 赵传山(山东轻工业学院制浆造纸科学与技术省部共建教育部重点实验室,山东济南市,250353)摘 要 壳聚糖作为一种绿色环保产品,其应用前景非常好。
介绍了壳聚糖的制备及性质;针对其难溶于水的缺点,叙述了对其降解改性的主要方法;并重点针对其在造纸中应用成本过高的问题,叙述了国内外对其进行接枝共聚或交联改性的研究情况。
关键词 壳聚糖 制备 改性 降解 接枝共聚 交联壳聚糖(chito san),学名为(1,4)-2-氨基-2-脱氧-B -D-葡聚糖,是甲壳素(ch-i tin)脱乙酰的产物,而甲壳素是仅次于纤维素的第2大天然有机高分子物质,每年地球上甲壳素自然生成量高达百亿吨,其产量与纤维素相当,储量巨大[1]。
天然高分子甲壳素、壳聚糖及其衍其物具有与作为造纸原料的植物纤维素的结构相近的特性,与纤维素有极好的相容性,引起了造纸工作者的极大关注,并且已有很多学者对其作为造纸助剂进行了研究。
1 壳聚糖的制备1.1 壳聚糖的生产流程壳聚糖是由甲壳素通过脱乙酰制得,因此壳聚糖制备时都是先制备得到甲壳素。
制备甲壳素的原料有虾、蟹壳、蝇蛹壳、真菌、蚕蛹、蛆皮等[2],目前工业上主要以虾蟹为主要原料生产甲壳素。
以虾蟹壳为原料制备壳聚糖的生产流程为:虾蟹壳水洗 水净壳除盐 5%盐酸除盐甲壳质脱蛋白质 10%NaOH 粗甲壳素脱 色1%KM nO 4还 原 2%NaH SO 3不溶性甲壳素脱乙酰基 40%NaOH 壳聚糖图1 壳聚糖的生产流程1.2 壳聚糖的反应原理用浓碱处理甲壳素可以脱乙酰基而得到壳聚糖,脱乙酰化反应是非均相条件下在40%~60%的苛性钠溶液中于100~180e 下加热数小时,所得壳聚糖的脱乙酰度可达80%[2]。
由甲壳素反应制备壳聚糖的反应式为:OCH 2OH NH COCH 3OHn40%NaOHO CH 2OHNH 2OH n+CH 3COONa图2 壳聚糖的反应式1.3 壳聚糖的结构及性质甲壳素、壳聚糖的化学结构与纤维素十分相似,不同之处是每个纤维素葡萄糖单元二位C 上的-OH 基团相应地换成了-NH COCH 3或-NH 2基团(如图3所示)。
壳聚糖的改性研究进展及其应用壳聚糖是一种天然高分子材料，由于其具有良好的生物相容性、生物活性和生物降解性，因此在工业、生物医学等领域得到了广泛的应用。
然而，壳聚糖也存在一些不足之处，如水溶性差、稳定性低等，因此需要对壳聚糖进行改性研究，以提高其性能和应用范围。
壳聚糖的改性方法主要包括化学改性和物理改性。
化学改性是通过化学反应改变壳聚糖的分子结构，从而提高其性能。
例如，通过引入疏水基团可以改善壳聚糖的水溶性和生物相容性。
物理改性则是通过物理手段改变壳聚糖的形态、结构等因素，以达到提高性能的目的。
例如，通过球磨法可以制备壳聚糖纳米粒子，从而提高其在生物医学领域的应用效果。
目前，壳聚糖的改性研究已经取得了显著的进展。
然而，仍存在一些问题和挑战。
其中，如何保持壳聚糖的生物活性是改性过程中面临的重要问题。
改性后的壳聚糖可能会出现新的毒性问题，因此需要进行深入的毒性研究。
未来，随着壳聚糖改性技术的不断发展，相信这些问题将逐渐得到解决。
壳聚糖在工业、生物医学等领域有着广泛的应用。
在工业领域，壳聚糖可用于制备环保材料、化妆品添加剂、印染助剂等。
例如，通过接枝共聚将壳聚糖与聚丙烯酸制成高分子复合材料，可用于制备可生物降解的塑料袋等环保材料。
在生物医学领域，壳聚糖可用于药物传递、组织工程、生物传感器等方面。
例如，利用壳聚糖制备的药物载体能够实现药物的定向传递，提高药物的疗效并降低毒副作用。
在生物医学领域，壳聚糖还可用于组织工程。
通过将壳聚糖与胶原等生物活性物质结合，可以制备出具有良好生物相容性和生物活性的组织工程支架。
这些支架可为细胞生长提供适宜的微环境，促进组织的再生和修复。
壳聚糖还可用于制备生物传感器，用于检测生物分子和有害物质。
例如，将壳聚糖与酶或抗体结合制成生物传感器，可实现对血糖、胆固醇等生物分子和有害物质的快速、灵敏检测。
壳聚糖作为一种天然高分子材料，具有良好的生物相容性、生物活性和生物降解性，在工业、生物医学等领域得到了广泛的应用。
甲壳素和壳聚糖的改性及其应用1. 前言1811年，法国人于大自然中最早发现了甲壳素，之后于1859年又发现了甲壳素的脱乙酰基产物壳聚糖—一种唯一的碱性天然多糖。
它是许多低等动物，特别是节肢动物（如虾、蟹等）外壳的重要成分，同时也存在于低等植物如真菌的细胞壁中，分布十分广泛。
自然界每年生物合成的甲壳素多达数十亿吨[1]，是一种十分丰富的自然资源。
甲壳素（chitin）化学命名为β- (1→4) -2- 乙酰氨基 -2- 脱氧-D- 葡萄糖。
壳聚糖（chitosan）是甲壳素的脱乙酰基产物，也叫脱乙酰甲壳素，简称（CTS）。
它们的结构式分别为：甲壳素结构与纤维素类似，分子中含有H - OH和H - NH键，还含有分子间氢键。
甲壳素的这种有序的大分子结构，在一般的溶剂中不容易溶解。
壳聚糖的分子结构中含有游离氨基，溶解性能有了一些改观，但也只能溶于某些稀酸，如盐酸、醋酸、乳酸、苯甲酸、甲酸等，不溶于水及碱溶液。
甲壳素与壳聚糖无毒，无害，易于生物降解，不污染环境，而且在自然界中含量仅次于纤维素，并以相同的循环速率产生和消失。
近年来，国内外学者应用各种方法对甲壳素或壳聚糖进行改性以开发其潜在的应用价值，拓宽了壳聚糖及其衍生物的应用领域。
甲壳素和壳聚糖的改性按方法分为物理改性和化学改性。
2. 化学改性2.1 酰化反应及应用在甲壳素和壳聚糖的化学改性中，酰化改性是研究得较多的。
甲壳素和壳聚糖通过与酰氯或酸酐反应，在大分子链上导入不同分子量的脂肪族或芳香族酰基，所得的产物在有机溶剂中的溶解度可大大提高。
酰化反应可在羟基(O-酰化)或氨基(N-酰化)上进行[2]。
酰化产物的生成与反应溶剂、酰基结构、催化剂种类和反应温度有关。
最早是用干燥氯化氢饱和的乙酐对甲壳素及壳聚糖进行乙酰化的。
这种反应较慢，而且甲壳素的降解产物很多。
现在有在甲磺酸中进行的酰化反应的报道[1]，如用4份甲磺酸和6份乙酸酐与1份甲壳素在均相中的反应；4份甲磺酸、6分冰醋酸和计算量的乙酸酐与1份甲壳素在非均相中的反应。
甲壳素和壳聚糖的改性及其应用1. 前言1811年，法国人于大自然中最早发现了甲壳素，之后于1859年又发现了甲壳素的脱乙酰基产物壳聚糖—一种唯一的碱性天然多糖。
它是许多低等动物，特别是节肢动物（如虾、蟹等）外壳的重要成分，同时也存在于低等植物如真菌的细胞壁中，分布十分广泛。
自然界每年生物合成的甲壳素多达数十亿吨[1]，是一种十分丰富的自然资源。
甲壳素（chitin）化学命名为β- (1→4) -2- 乙酰氨基 -2- 脱氧 -D- 葡萄糖。
壳聚糖（chitosan）是甲壳素的脱乙酰基产物，也叫脱乙酰甲壳素，简称（CTS）。
它们的结构式分别为：甲壳素结构与纤维素类似，分子中含有H - OH和H - NH键，还含有分子间氢键。
甲壳素的这种有序的大分子结构，在一般的溶剂中不容易溶解。
壳聚糖的分子结构中含有游离氨基，溶解性能有了一些改观，但也只能溶于某些稀酸，如盐酸、醋酸、乳酸、苯甲酸、甲酸等，不溶于水及碱溶液。
甲壳素与壳聚糖无毒，无害，易于生物降解，不污染环境，而且在自然界中含量仅次于纤维素，并以相同的循环速率产生和消失。
近年来，国内外学者应用各种方法对甲壳素或壳聚糖进行改性以开发其潜在的应用价值，拓宽了壳聚糖及其衍生物的应用领域。
甲壳素和壳聚糖的改性按方法分为物理改性和化学改性。
2. 化学改性2.1 酰化反应及应用在甲壳素和壳聚糖的化学改性中，酰化改性是研究得较多的。
甲壳素和壳聚糖通过与酰氯或酸酐反应，在大分子链上导入不同分子量的脂肪族或芳香族酰基，所得的产物在有机溶剂中的溶解度可大大提高。
酰化反应可在羟基(O-酰化)或氨基(N-酰化)上进行[2]。
酰化产物的生成与反应溶剂、酰基结构、催化剂种类和反应温度有关。
最早是用干燥氯化氢饱和的乙酐对甲壳素及壳聚糖进行乙酰化的。
这种反应较慢，而且甲壳素的降解产物很多。
现在有在甲磺酸中进行的酰化反应的报道[1]，如用4份甲磺酸和6份乙酸酐与1份甲壳素在均相中的反应；4份甲磺酸、6分冰醋酸和计算量的乙酸酐与1份甲壳素在非均相中的反应。
壳聚糖在水处理上的改性及应用摘要：壳聚糖作为一种来源广泛的无毒无害的高分子聚合物，因其在酸性溶液中其氨基可结合H+，是一种典型的阳离子聚电解质,能够吸附絮凝废水中有机物，同时其氨基还能鳌合去除许多重金属离子，是一种优良的水处理剂。
本文介绍了它在水处理中的研究和应用情况。
关键词：壳聚糖；水处理；改性；应用1 简介壳聚糖(Chitosan，简称CTS)是甲壳素脱乙酰化产物，广泛存在于虾、蟹和昆虫外壳及藻类、菌类细胞壁中，年产量仅次于纤维素，为第二大天然高分子聚合物，是迄今为止发现的唯一天然碱性多糖，是由β-(1,4)-2-乙酰胺基-D-葡糖单元和β-(1,4)-2-氨基-D-葡糖单元组成的共聚物，具有安全无毒性、成膜性和抑菌性等，广泛用于农业、环保、医药、化妆品等领域。
随着我国经济的迅速发展，人口的增加，人民生活水平的逐步提高,工业化和城市化步伐的加快，用水量急剧增加，污水排放量也相应增加，加剧了淡水资源的短缺和水环境的污染，使地表水，尤其是城市河流水水质逐年变差，水质恶化失去了水源水的利用价值。
为保证水资源的可持续利用，解决水环境污染问题，国内外在水处理方面做了大量工作，开发了多种水处理工艺，如生化法、离子交换法、吸附法、化学氧化法、电渗析法和污水生态处理技术等[1]。
其中以壳聚糖为主体而研发出的一系列方法以其处理效率高、经济、简便的特点成为世界各国普遍使用的一种水质处理技术，而且处理水的种类也很多。
本文就壳聚糖于近几年在水处理方面的改性及应用研究进展作一个小综述。
2 壳聚糖水处理原理壳聚糖分子链中含有丰富的氨基和羟基，使其能与水中的金属离子螯合，从而对其进行吸附。
此外，壳聚糖在酸性溶液中会形成聚阳离子电解质，显示出良好的絮凝性能，并能实现对水溶性有机污染物的脱除。
3 放射性水污染处理壳聚糖是自然界存在的唯一碱性多糖，最终降解成水，二氧化碳等，而且无毒害，对环境非常友好。
基于壳聚糖具有絮凝、吸附及无二次污染等综合性能。
第24卷 第2期V ol 124 N o 12材 料 科 学 与 工 程 学 报Journal of Materials Science &Engineering总第100期Apr.2006文章编号:167322812(2006)022*******壳聚糖的改性及作为生物材料的应用研究李东旭,耿燕丽(南京工业大学材料科学与工程学院,江苏南京 210009) 【摘 要】 本文介绍了近年来国内外对壳聚糖改性的多种方法,以及接枝共聚;并简单介绍了壳聚糖作为生物材料的应用研究概况。
【关键词】 壳聚糖;改性;接枝共聚;生物材料中图分类号:T Q314.1 文献标识码:AModification of Chitosan and its Application Study for Biom aterialsLI Dong 2xu ,GENG Yan 2li(Materials Science and E ngineering college of N anjing U niversity of T echnology ,N anjing 210009,China)【Abstract 】 In this article ,several methods about m odification of chitosan both here and abroad were introduced as well as graftcopolymerization.Otherwise ,application study of chitosan for biomaterial was als o introduced briefly.【K ey w ords 】 chitosan ;m odification ;graft copolymerization ;biomaterial收稿日期:2005204218;修订日期:2005206221基金项目:江苏省研究生创新基金资助项目:国家“973”资助项目(2001C B610703)作者简介:李东旭,男,教授,E 2mail :d ongxuli @.1 概 述壳聚糖(chitosan )为甲壳素N 2脱乙酰基所得的产物,在天然高分子中的含量仅次于纤维素。
