[00909854]功能性蔗渣木聚糖系列衍生物的合成与应用开发

该项目为2012年桂林市科学研究与技术开发计划项目，项目名称为“木薯淀粉复合变性型环境功能材料的制备与应用开发”，项目合同编号20120108-3。木薯是一种用途广，经济价值较高的作物。广西是中国木薯的主产区，近年来全区年种植面积在23～28万亩，占全国木薯种植面积的60％。在广西作物结构中木薯种植面积仅次于水稻、玉米、甘蔗等作物面积，居于第四位。全区年产鲜木署250～300万吨，已经成为全国最大的木薯种植和生产加工基地。木薯淀粉来源广泛，价格低廉、且是一种绿色可再生资源。木薯淀粉作为一种价格低廉、来源广泛的天然高分子化合物，既能生物降解又可再生，但其某些性质不能适应科技发展的要求。因此，人们采用多种方法将其改性，其中复合变性衍生物近年来尤引人注目。一些发达国家已开发了一些种类的二元复合变性淀粉，部分产品已投入工业化生产。中国对该类功能高分子材料的开发起步较晚，虽然也有部分产品开始投放市场，但功能特性与应用领域极为有限，无法满足市场与环境等的要求。淀粉是由D-葡萄糖组成的一种高聚糖，淀粉的葡萄糖单元上2、3、6位的活性羟基为木薯淀粉的变性提供了各种可能的机会，也为木薯淀粉应用于多种领域提供了各种可能的机会。虽然已经可以生产部分变性淀粉，但由于品种少、品质稳定性差、工艺落后、产品价格高、应用性能较差等，使推广应用受到限制。根据所用试剂、反应条件及反应程度的差异，可得到不同的淀粉衍生产品，从而满足不同用途的要求。包括氧化、酯化、接枝、交联、酰胺化等多种化学修饰的工艺方法。复合变性是在单变性的基础上利用物理或化学的方法，经过两种或者两种以上修饰处理，增加淀粉的活性基团，从而更大程度地满足人们对变性淀粉性能多样性的要求。通过多步修饰的方法得到的淀粉的衍生物，就会集合多种变性淀粉的共同优点，从而大大改善了原木薯淀粉的性质，可在农业、环境、建筑、造纸、食品、医药、废水处理、精细化工及油气开采等领域有广泛应用性能。尤其应用于广西的土壤修复、重金属吸附、污水处理等，对保护广西的自然环境与生态平衡价值较高。该项成果以木薯淀粉为主要原料，选择数种酯化剂、醚化剂、引发剂、氧化剂和交联剂，采用醚化、接枝、氧化、交联、酰胺化等多种不同的化学修工艺方法，合成了2-羟基-6-N-十二烷基氧化淀粉酰胺、季铵型阳离子6-N-十二烷基氧化淀粉酰胺、双交联两性木薯淀粉、双交联两性淀粉树脂、淀粉系高吸水吸油性树脂、MMA接枝–酯化–氧化多元变性木薯淀粉、交联型木薯淀粉硫酸酯-g-AA/AM、交联型木薯淀粉黄原酸酯-g-AA/AM、交联AA/AM接枝-酯化羟丙基木薯淀粉等12种系列木薯淀粉复合变性型环境功能材料。同时，采用分子计算模拟方法，研究了葡萄糖单元的电荷分布和反应活性，用MS模拟计算得到了葡萄糖分子和淀粉衍生物的分子优化构型；构建反应动力学模型，探究反应机理。研究合成的各种功能高分子材料的特性及应用性能可为这几类新型功能材料的工业生产及应用开发提供重要的理论依据。同时也为广西木薯淀粉深加工及利用提供理论依据与实践经验。对木薯淀粉系列衍生物的合成性能研究与开发，对充分利用广西木薯淀粉资源，发展广西木薯产业链及环境保护具有重要的意义及应用前景。新型木薯淀粉系列衍生物的各种醚化、酯化等复合衍生物的取代度在0.01～1.8（实际在0.01～2.8之间）；接枝共聚衍生物的单体转化率达到80%以上（实际在80%～99%之间），接枝率达到50%以上（在50.3%～90%之间）。该项成果的部分研究结果已申请国家发明专利12项，其中10项已获得授权；在国内核心刊物上发表4篇学术论文；在国外期刊发表学术论文4篇，其中EI收录4篇。