功能化淀粉納米晶在生物可降解材料中的應(yīng)用

寇偉　梁雙(西北民族大學(xué)　化工學(xué)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(yīng)用

寇偉梁雙(西北民族大學(xué)化工學(xué)院,甘肅蘭州730100)

在當(dāng)前的現(xiàn)實(shí)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?yàn)槟茉纯萁叨^度開采現(xiàn)有能源以及開發(fā)新能源的同時(shí)；一方面還要承受因?yàn)槟茉吹倪^度開采及新能源的使用而帶來的環(huán)境污染問題。“白色污染”則是眾多環(huán)境污染問題中的一個(gè)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(dāng)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(diǎn)以及在生物可降解作用中的應(yīng)用，從而抑制“白色污染”。

淀粉納米晶；可降解材料；現(xiàn)實(shí)應(yīng)用

能源枯竭以及環(huán)境污染問題的加劇是當(dāng)前乃至長(zhǎng)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(dāng)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(dāng)造成的，廢棄的塑料制品由于原材料的關(guān)系，很難自然分解，極易給環(huán)境造成嚴(yán)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(xué)科學(xué)的一個(gè)主要課題。淀粉納米晶因?yàn)槠鋪碓吹膹V泛性、價(jià)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(guān)注對(duì)象［1］，試圖將淀粉納米晶進(jìn)行改性而增強(qiáng)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(shí)、根、莖等部位的天然高分子化合物，其自然界含量?jī)H次于纖維素，資源十分豐富。同時(shí)，它也是人體六大營(yíng)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(jià)格低廉、生物相容性高、可生物降解的多重優(yōu)點(diǎn)。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(jià)格低廉、可生物降解的特點(diǎn)，因而添加到塑料材料中能表現(xiàn)出非常明顯的增強(qiáng)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(diǎn)，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(guān)注。

2　功能化淀粉納米晶的制備和應(yīng)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(chǔ)。同時(shí)，淀粉納米晶還存在著強(qiáng)烈的極性，在添加到非極性材料中會(huì)出現(xiàn)不相容的問題，因此對(duì)淀粉納米晶進(jìn)行改性十分必要。目前，淀粉納米晶進(jìn)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(xué)反應(yīng)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(zhǎng)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(jìn)行聚合反應(yīng)的方法［2］進(jìn)行制備。

2.2功能化淀粉納米晶的應(yīng)用研究

2.2.1天然高分子聚合物中的應(yīng)用

以淀粉納米顆粒和豌豆淀粉基質(zhì)作為實(shí)驗(yàn)材料進(jìn)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(fù)合材料。通過對(duì)該材料進(jìn)行力學(xué)、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(fù)合材料的力學(xué)性能、拉伸強(qiáng)度、彈性模量等，還能降低納米復(fù)合材料的水蒸氣透過率。

2.2.2合成高分子聚合物中的應(yīng)用

實(shí)驗(yàn)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(fù)合材料，并可通過功能化納米晶對(duì)該材料的機(jī)械強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率得到加強(qiáng)。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(fù)合材料力學(xué)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(yīng)用

3.1通過接枝、溶液等方法引入降解材料中增強(qiáng)生物可降解材料的性能

實(shí)驗(yàn)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(duì)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(qiáng)其材料的力學(xué)性能和拉伸強(qiáng)度，同時(shí)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(dǎo)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(jìn)行多方位、多角度的實(shí)驗(yàn)分析而不用擔(dān)心資源的緊缺。通過現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)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(jìn)行反應(yīng)，產(chǎn)生一種新的生物可降解材料，并可將其應(yīng)用于塑料制品當(dāng)中，增強(qiáng)其可降解性和塑料的力學(xué)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(yīng)用研究已經(jīng)有眾多的研究成果和內(nèi)容，但由于現(xiàn)實(shí)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(duì)功能化淀粉納米晶進(jìn)行研究之外，還應(yīng)選擇更多生物作為研究的基體材料，發(fā)現(xiàn)其對(duì)于生物可降解材料的影響和作用，以便更好地解決當(dāng)前的“白色污染”問題。

［1］何小維，黃強(qiáng).淀粉基生物降解材料［M］.北京：中國(guó)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(fù)合材料中的應(yīng)用［D］.長(zhǎng)春：吉林大學(xué)生生物與農(nóng)業(yè)工程學(xué)院，2012.