淀粉基膜材料防水改性研究

姚世龍 姚雙娜 張騰運(yùn)

【摘?要】淀粉由于來源豐富、成本低廉、綠色環(huán)保、無毒健康的可生物降解物質(zhì)，在食品包裝領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。但是淀粉膜較差的防水性限制了其應(yīng)用。本文論述了改善淀粉膜防水性的幾種主要的改性方法，即復(fù)合法、共混法、化學(xué)法和表面改性法。

【關(guān)鍵詞】淀粉;改性;生物降解

塑料包裝材料由于不能降解而帶來白色污染。而生物可降解聚合物由于良好的生物降解性成為包裝材料的潛在的替代品。淀粉是自然界含量豐富的生物基可降解聚合物，具有易于加工的優(yōu)點(diǎn)。但作為包裝材料，淀粉基膜材料強(qiáng)的吸水性成為其主要缺陷。因為淀粉膜吸水會導(dǎo)致淀粉顆粒膨脹、變形甚至破裂，最終使機(jī)械性能下降。淀粉膜材料的防水改性方法主要包括復(fù)合改性、共混改性、化學(xué)改性以及表面改性。

1.復(fù)合改性法

Qin等[1]制備了幾丁質(zhì)納米晶須改性玉米淀粉膜，發(fā)現(xiàn)幾丁質(zhì)納米晶須改善了玉米淀粉膜的防水性和強(qiáng)度，膜的水蒸氣滲透系數(shù)隨著幾丁質(zhì)納米晶須含量增加到2%而降低到2.22×10-12gm-1s-1Pa-1，拉伸強(qiáng)度增加到3.69MPa。淀粉/有機(jī)蒙脫土復(fù)合膜被發(fā)現(xiàn)分解溫度提高到200-500 ℃，并且吸水率沒有明顯變化。孫妍茹等[2]制備了淀粉/二氧化硅復(fù)合膜，通過分析復(fù)合膜的流延性確定了最佳制備工藝。

2. 共混改性

脂肪酸改性淀粉膜的性能主要與脂肪酸的飽和度有關(guān)。比如，硬脂酸比油酸和亞油酸與甘薯淀粉的結(jié)合力更強(qiáng)，飽和脂肪酸改性的甘薯淀粉比不飽和脂肪酸改性的甘薯淀粉具有更高的防水性和拉伸強(qiáng)度，但斷裂伸長率下降。Vivian等[3]制備了硬脂酸改性淀粉膜，研究發(fā)現(xiàn)硬脂酸的加入提高了淀粉膜的透水性，并確定了最佳配比參數(shù)，即100 g淀粉，4 g硬脂酸，24 g甘油。此時淀粉膜具有優(yōu)異的繼續(xù)性能和較低的水蒸氣透過系數(shù)。

3. 化學(xué)改性

化學(xué)改性主要是進(jìn)行淀粉的交聯(lián)。例如，用戊二醛做交聯(lián)劑，聚乙二醇和甘油做增塑劑，可以制備出具有較好的防水性的木薯淀粉膜。而用甘油作為增塑劑，檸檬酸作為交聯(lián)劑制備的淀粉膜，由于交聯(lián)反應(yīng)的發(fā)生影響淀粉分子運(yùn)動和溶脹性能，導(dǎo)致改性后的淀粉膜擴(kuò)散系數(shù)、平衡水分含量和擴(kuò)散系數(shù)的降低。另外，用檸檬酸作為交聯(lián)劑，分別改性大米淀粉和豌豆淀粉。結(jié)果發(fā)現(xiàn)由于大米淀粉顆粒小，而導(dǎo)致檸檬酸改性的大米淀粉膜比檸檬酸改性的豌豆淀粉膜具有更好的力學(xué)性能和防水性。

4. 表面改性

表面改性是指在淀粉膜表明接枝上不同的基體使淀粉膜具有特殊的性能。例如，在淀粉膜表面接枝鏈烷醇可以使淀粉膜具有疏水性，這是由于鏈烷醇增加了增塑劑甘油在表面的流動性。并且增加鏈烷醇分子鏈長度，可以增強(qiáng)淀粉膜的疏水性。Zhou等[4]用苯甲酸鈉作為光引發(fā)劑，用紫外線輻照使玉米淀粉膜交聯(lián)改性。研發(fā)發(fā)現(xiàn)由于引發(fā)劑濃度的影響，淀粉膜表面交聯(lián)進(jìn)行的最快。并且在苯甲酸鈉濃度為0.75%時，淀粉膜的交聯(lián)程度最大。由于表面交聯(lián)度的提高，使膜具有很好的耐水性。辛烯基琥珀酸酐可以通過酯化反應(yīng)改性玉米淀粉膜，對膜的表面進(jìn)行防水性修飾。例如用1.0%氧化鈉溶液預(yù)處理淀粉膜，在95%的相對濕度，溫度為35 ℃反應(yīng)6小時，得到的改性淀粉膜具有較低的平衡水分含量、吸水率和較高的水接觸角。說明改性后的淀粉膜的防水性提高了。

5. 總結(jié)

近年來隨著人們對環(huán)境和食品安全的關(guān)注，淀粉包裝材料逐漸受到了重視。本文以淀粉膜作為包裝材料的主要缺陷，防水性差為主線，論述了幾種主要改善淀粉膜的方法。其中表面改性由于工藝簡單、改性效果明顯而受到歡迎。

參考文獻(xiàn)：

[1]Qin Y，Zhang S，Yu J，et al. Effects of chitin nano-whiskers on the antibacterial and physicochemical properties of maize starch films[J]. Carbohydrate polymers. 2016，147.

[2]孫妍茹. 高阻水性淀粉膜的制備及性能研究[D]. 山東農(nóng)業(yè)大學(xué)，2014.

[3]Schmidt VCR，Porto LM，Laurindo JB，et al. Water vapor barrier and mechanical properties of starch films containing stearic acid[J]. Industrial Crops and Products. 2013，41.

[4]Zhou J，Zhang J，Ma Y，et al. Surface photo-crosslinking of corn starch sheets[J].Carbohydrate polymers. 2008，74.

（作者單位：吉林建筑大學(xué)）