《Eur. Polym. J.》：高柔性木质素磺酸淀粉基材料的合成

生物基科研前瞻 · 公众号 · · 2023-09-12 08:30

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近日， 康塞普西翁大学的Myleidi Vera等人 报道了以 漆酶聚合法 制备 木质素磺酸盐-淀粉膜 的研究进展。通过监测粘度、分子量 (Mw) 和荧光测量来评估反应条件对稳定淀粉-木质素磺酸盐聚合物形成的影响。在pH为7的条件下，酶促聚合反应1小时后，木质素磺酸盐的 分子量约为400 kDa，粘度约为1.00 Pa.s 。此外，还研究了淀粉浓度对其 力学、热稳定性能 的影响。结果表明，添加高达7%的淀粉可以改善木质素磺酸盐薄膜的力学性能，如断裂伸长率、拉伸强度和杨氏模量的增加，分别达到157%、1.19 MPa和0.22 MPa。这项研究展示了一种绿色替代方案，可以制造100%由淀粉和木质素磺酸盐组成的生物基薄膜。

该研究以题为“Biosynthesis of highly flexible lignosulfonate–starch based materials”的论文发表在《European Polymer Journal》。

/ 木质素磺酸盐的聚合 /

在聚合过程中，研究了pH对反应、分子量 ( M _w )、粘度和荧光的影响，如图1所示。该图显示，木质素磺酸盐发生了聚合，这可以从分子量、粘度和荧光测量值的增加中得到证明。图1a显示，在pH为7时聚合90分钟后，分子量从~ 100增加到~ 600 kDa。然而，在pH为6和8时，最终分子量 (90分钟) 分别为~ 350和~ 300 kDa。这些结果表明，在pH为7时，达到了较高的聚合程度。图1b显示了粘度的变化，表明在pH= 7下进行聚合的最终粘度很高 (1.00 Pa.s)，而在pH 为 6和8下进行的实验的最终粘度低于0.10 Pa.s。这可能是由于pH为7时反应速率较高，而pH为6和8时反应速率较慢。通过延长pH为6和8的反应时间，可以获得与pH为7时相似的分子量和粘度。分子量和粘度的增加是由于漆酶氧化木质素磺酸盐中的酚羟基。生成的自由基之间或与木质素磺酸盐的其他分子通过自由基反应生成新的碳-碳键发生聚合，其机理如图2所示。如图1c所示，所有pH值在反应过程中都观察到荧光减弱，这与木质素磺酸盐羟基由于聚合而减少有关。在测量90分钟后，可以观察到木质素磺酸盐的荧光强度减少约41%。

图1. 在反应开始时添加5%的淀粉，在不同pH值下酶促合成木质素/淀粉膜时的分子量 (a)

、粘度 (b) 和荧光 (c)。粘度和荧光的测量是重复进行的，结果给出了相应的标准偏差。

图2. 漆酶催化酚类分子聚合的一般反应机理。

/ 力学性能表征 /

由不同淀粉浓度 (0 - 10%) 的木质素漆酶聚合得到的膜通过拉伸强度测量进行机械表征，如图3所示。从图3b和图3d可以看出，薄膜的抗拉强度和杨氏模量随着淀粉浓度的增加而增加。断裂伸长率随淀粉添加量增长略有增加，但添加10%的淀粉后会降低 (图3c)。这些结果表明，与仅含有甘油 (0%淀粉) 的薄膜相比，最多添加7%的淀粉，薄膜的塑化状态更好。通过增加淀粉浓度来提高拉伸强度，表明淀粉和木质素链之间的相容性高，界面附着力强，从而防止了膜的破裂，有助于提高强度。淀粉浓度的增加也会导致杨氏模量的增加。

《Eur. Polym. J.》：高柔性木质素磺酸淀粉基材料的合成

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