能源枯竭以及环境污染问题的加剧是当前乃至长期将存在的两大世界性问题, 人们一方面在致力于新能源的开发以解决能源问题, 一方面又由于新材料的使用不当而又造成造成环境污染问题。“白色污染”问题便是由于塑料制品的使用不当造成的, 废弃的塑料制品由于原材料的关系, 很难自然分解, 极易给环境造成严重的污染和破坏。为了抑制和解决这一问题, 生物可降解材料的研发成为化学科学的一个主要课题。淀粉纳米晶因为其来源的广泛性、价格低廉以及生物可降解的特性成为众多科研研究人员的关注对象[1], 试图将淀粉纳米晶进行改性而增强生物可降解材料的性能和种类, 抑制和解决“白色污染”问题, 功能化淀粉纳米晶便因此而制备出来。
1淀粉及功能化淀粉纳米晶的概述
1.1淀粉概述
淀粉是一种广泛存在于植物果实、根、茎等部位的天然高分子化合物, 其自然界含量仅次于纤维素, 资源十分丰富。同时, 它也是人体六大营养素——碳水化合物的主要来源。淀粉作为自然界最为丰富的资源之一, 还有着价格低廉、生物相容性高、可生物降解的多重优点。淀粉按功能来分, 可分为食用淀粉和工业淀粉, 本文主要描述工业淀粉。
1.2功能化淀粉纳米晶概述
淀粉纳米晶同淀粉一般, 具有来源广泛、价格低廉、可生物降解的特点, 因而添加到塑料材料中能表现出非常明显的增强效果。但由于淀粉纳米晶自身的生物属性, 淀粉纳米晶在聚合物中存在界面相容性和分散性差、易于聚集的缺点, 为了使其能够具有良好的分散性和界面相容性的功能, 功能化纳米晶便逐渐开始被研究人员广泛关注。
2功能化淀粉纳米晶的制备和应用研究
2.1淀粉纳米晶的制备
淀粉纳米晶生物表面存在着极其丰富的羟基, 因而淀粉纳米晶的表面改性条件十分成熟, 为其改良奠定了属性基础。同时, 淀粉纳米晶还存在着强烈的极性, 在添加到非极性材料中会出现不相容的问题, 因此对淀粉纳米晶进行改性十分必要。 目前, 淀粉纳米晶进行改性制备成功能化淀粉纳米晶主要有三类方法, 分别是:通过淀粉纳米晶生物表面的羟基或异氰酸酯基与小分子发生化学反应的改性法、利用偶联剂等将聚合物链接枝到淀粉纳米晶表面的方法以及将要接枝的长链聚合物单体先接枝到淀粉纳米晶表面, 在在淀粉纳米晶表面进行聚合反应的方法[2]进行制备。
2.2功能化淀粉纳米晶的应用研究
2.2.1天然高分子聚合物中的应用
以淀粉纳米颗粒和豌豆淀粉基质作为实验材料进行观察研究, 发现经柠檬酸改性后的淀粉纳米颗粒能很好的分散在豌豆淀粉基质材料中, 从而得到一种新的天然高分子化合物, 即纳米复合材料。通过对该材料进行力学、光谱等分析, 发现功能化淀粉纳米晶能够明显改善了纳米复合材料的力学性能、拉伸强度、弹性模量等, 还能降低纳米复合材料的水蒸气透过率。
2.2.2合成高分子聚合物中的应用
实验表明, 将聚己内酯接枝淀粉纳米晶采用溶液混合法添加至聚乳酸基质材料中, 可以得到一种全新的生物降解纳米复合材料, 并可通过功能化纳米晶对该材料的机械强度和断裂伸长率得到加强。由此可见, 将功能化淀粉纳米晶引入合成高分子聚合物中, 能起到改善该纳米复合材料力学性能的作用。
3功能化淀粉纳米晶在生物可降解材料中的应用
3.1通过接枝、溶液等方法引入降解材料中增强生物可降解材料的性能
实验研究表明, 以接枝、溶液等方法将功能化纳米晶引入众多可降解材料中, 通过傅里叶红外光谱、X射线衍射、扫描电子显微镜等分析方法, 可以发现功能化淀粉纳米晶可以对可降解生物材料的分子结构、形态结构和组成结构起到一定的优化作用, 显著的增强其材料的力学性能和拉伸强度, 同时表现出很明显的阻湿性能。
3.2通过不同材料的组合和不同方法的导入生成新的生物可降解材料
功能化淀粉纳米晶资源丰富, 因而可以进行多方位、多角度的实验分析而不用担心资源的紧缺。通过现有的实验研究表明, 功能化淀粉纳米晶同众多聚乳酸基质材料等天然高分子聚合物及合成高分子聚合物进行反应, 产生一种新的生物可降解材料, 并可将其应用于塑料制品当中, 增强其可降解性和塑料的力学性能, 从源头上控制“白色污染”, 从而避免资源的二次污染。
功能化淀粉纳米晶的制备以及应用研究已经有众多的研究成果和内容, 但由于现实技术及分析工具等客观条件限制, 在今后的研究开展中除了更为深入的对功能化淀粉纳米晶进行研究之外, 还应选择更多生物作为研究的基体材料, 发现其对于生物可降解材料的影响和作用, 以便更好地解决当前的 “白色污染”问题。
摘要：在当前的现实情况下, 能源枯竭以及环境污染的问题日益加剧。人们一方面因为能源枯竭而过度开采现有能源以及开发新能源的同时;一方面还要承受因为能源的过度开采及新能源的使用而带来的环境污染问题。“白色污染”则是众多环境污染问题中的一个最常见也最易泛滥的问题。塑料制品的原料采用和使用不当是造成“白色污染”的主因。本文试从淀粉纳米晶材料的特性来论述其作为塑料制品原材料的优点以及在生物可降解作用中的应用, 从而抑制“白色污染”。
关键词：淀粉纳米晶,可降解材料,现实应用
参考文献
[1] 何小维, 黄强.淀粉基生物降解材料[M].北京:中国轻工业出版社, 2008:11~12.
[2] 任丽丽.淀粉纳米晶的改性及其在热塑性淀粉复合材料中的应用[D].长春:吉林大学生生物与农业工程学院, 2012.