功能化淀粉納米晶在生物可降解材料中的應用

寇偉　梁雙(西北民族大學　化工學院,甘肅　蘭州　730100)

功能化淀粉納米晶在生物可降解材料中的應用

寇偉梁雙(西北民族大學化工學院,甘肅蘭州730100)

在當前的現(xiàn)實情況下，能源枯竭以及環(huán)境污染的問題日益加劇。人們一方面因為能源枯竭而過度開采現(xiàn)有能源以及開發(fā)新能源的同時；一方面還要承受因為能源的過度開采及新能源的使用而帶來的環(huán)境污染問題?！鞍咨廴尽眲t是眾多環(huán)境污染問題中的一個最常見也最易泛濫的問題。塑料制品的原料采用和使用不當是造成“白色污染”的主因。本文試從淀粉納米晶材料的特性來論述其作為塑料制品原材料的優(yōu)點以及在生物可降解作用中的應用，從而抑制“白色污染”。

淀粉納米晶；可降解材料；現(xiàn)實應用

能源枯竭以及環(huán)境污染問題的加劇是當前乃至長期將存在的兩大世界性問題，人們一方面在致力于新能源的開發(fā)以解決能源問題，一方面又由于新材料的使用不當而又造成造成環(huán)境污染問題。“白色污染”問題便是由于塑料制品的使用不當造成的，廢棄的塑料制品由于原材料的關系，很難自然分解，極易給環(huán)境造成嚴重的污染和破壞。為了抑制和解決這一問題，生物可降解材料的研發(fā)成為化學科學的一個主要課題。淀粉納米晶因為其來源的廣泛性、價格低廉以及生物可降解的特性成為眾多科研研究人員的關注對象［1］，試圖將淀粉納米晶進行改性而增強生物可降解材料的性能和種類，抑制和解決“白色污染”問題，功能化淀粉納米晶便因此而制備出來。

1　淀粉及功能化淀粉納米晶的概述

1.1淀粉概述

淀粉是一種廣泛存在于植物果實、根、莖等部位的天然高分子化合物，其自然界含量僅次于纖維素，資源十分豐富。同時，它也是人體六大營養(yǎng)素——碳水化合物的主要來源。淀粉作為自然界最為豐富的資源之一，還有著價格低廉、生物相容性高、可生物降解的多重優(yōu)點。淀粉按功能來分，可分為食用淀粉和工業(yè)淀粉，本文主要描述工業(yè)淀粉。

1.2功能化淀粉納米晶概述

淀粉納米晶同淀粉一般，具有來源廣泛、價格低廉、可生物降解的特點，因而添加到塑料材料中能表現(xiàn)出非常明顯的增強效果。但由于淀粉納米晶自身的生物屬性，淀粉納米晶在聚合物中存在界面相容性和分散性差、易于聚集的缺點，為了使其能夠具有良好的分散性和界面相容性的功能，功能化納米晶便逐漸開始被研究人員廣泛關注。

2　功能化淀粉納米晶的制備和應用研究

2.1淀粉納米晶的制備

淀粉納米晶生物表面存在著極其豐富的羥基，因而淀粉納米晶的表面改性條件十分成熟，為其改良奠定了屬性基礎。同時，淀粉納米晶還存在著強烈的極性，在添加到非極性材料中會出現(xiàn)不相容的問題，因此對淀粉納米晶進行改性十分必要。目前，淀粉納米晶進行改性制備成功能化淀粉納米晶主要有三類方法，分別是：通過淀粉納米晶生物表面的羥基或異氰酸酯基與小分子發(fā)生化學反應的改性法、利用偶聯(lián)劑等將聚合物鏈接枝到淀粉納米晶表面的方法以及將要接枝的長鏈聚合物單體先接枝到淀粉納米晶表面，在在淀粉納米晶表面進行聚合反應的方法［2］進行制備。

2.2功能化淀粉納米晶的應用研究

2.2.1天然高分子聚合物中的應用

以淀粉納米顆粒和豌豆淀粉基質(zhì)作為實驗材料進行觀察研究，發(fā)現(xiàn)經(jīng)檸檬酸改性后的淀粉納米顆粒能很好的分散在豌豆淀粉基質(zhì)材料中，從而得到一種新的天然高分子化合物，即納米復合材料。通過對該材料進行力學、光譜等分析，發(fā)現(xiàn)功能化淀粉納米晶能夠明顯改善了納米復合材料的力學性能、拉伸強度、彈性模量等，還能降低納米復合材料的水蒸氣透過率。

2.2.2合成高分子聚合物中的應用

實驗表明，將聚己內(nèi)酯接枝淀粉納米晶采用溶液混合法添加至聚乳酸基質(zhì)材料中，可以得到一種全新的生物降解納米復合材料，并可通過功能化納米晶對該材料的機械強度和斷裂伸長率得到加強。由此可見，將功能化淀粉納米晶引入合成高分子聚合物中，能起到改善該納米復合材料力學性能的作用。

3　功能化淀粉納米晶在生物可降解材料中的應用

3.1通過接枝、溶液等方法引入降解材料中增強生物可降解材料的性能

實驗研究表明，以接枝、溶液等方法將功能化納米晶引入眾多可降解材料中，通過傅里葉紅外光譜、X射線衍射、掃描電子顯微鏡等分析方法，可以發(fā)現(xiàn)功能化淀粉納米晶可以對可降解生物材料的分子結(jié)構(gòu)、形態(tài)結(jié)構(gòu)和組成結(jié)構(gòu)起到一定的優(yōu)化作用，顯著的增強其材料的力學性能和拉伸強度，同時表現(xiàn)出很明顯的阻濕性能。

3.2通過不同材料的組合和不同方法的導入生成新的生物可降解材料

功能化淀粉納米晶資源豐富，因而可以進行多方位、多角度的實驗分析而不用擔心資源的緊缺。通過現(xiàn)有的實驗研究表明，功能化淀粉納米晶同眾多聚乳酸基質(zhì)材料等天然高分子聚合物及合成高分子聚合物進行反應，產(chǎn)生一種新的生物可降解材料，并可將其應用于塑料制品當中，增強其可降解性和塑料的力學性能，從源頭上控制“白色污染”，從而避免資源的二次污染。

功能化淀粉納米晶的制備以及應用研究已經(jīng)有眾多的研究成果和內(nèi)容，但由于現(xiàn)實技術(shù)及分析工具等客觀條件限制，在今后的研究開展中除了更為深入的對功能化淀粉納米晶進行研究之外，還應選擇更多生物作為研究的基體材料，發(fā)現(xiàn)其對于生物可降解材料的影響和作用，以便更好地解決當前的“白色污染”問題。

［1］何小維，黃強.淀粉基生物降解材料［M］.北京：中國輕工業(yè)出版社，2008：11～12.

［2］任麗麗.淀粉納米晶的改性及其在熱塑性淀粉復合材料中的應用［D］.長春：吉林大學生生物與農(nóng)業(yè)工程學院，2012.