淀粉基生物材料共混物的研究进展

姚世龙

【摘  要】本文以淀粉为研究对象，讨论了淀粉的共混改性方法，主要是淀粉与生物胶共混以及与可生物降解聚合物的共混。并分析了具体的改性工艺和实验参数。

【关键词】淀粉;生物材料;共混

淀粉价格便宜、原料丰富、具有可再生性，是一种具有前景的生物可降解材料。但是淀粉乳化性差、不耐水、极性强、难加工等缺陷限制了其作为塑料的应用。因此，为了拓宽淀粉的应用，需要对淀粉进行改性加工。淀粉的改性方法很多，包括酯化、交联、醚化、氧化、增塑等。而与其他生物基聚合物共混是改善淀粉性能又保持产物降解性能的有效方法之一。

1.与生物胶共混

Arvanitoyannis等[1]制备了塑化淀粉/明胶复合膜，研究发现该薄膜抗拉强度提高，气体透过率降低，拉伸强度降低，断裂伸长率提高。黄原胶是淀粉细菌发酵得到的一种多糖，具有水溶性和耐酸碱性。Shalviri等[2]制备了淀粉黄原胶交联聚合物，该聚合物具有选择渗透性，可用于药物控释的成膜材料。从海洋藻类中提取的一种植物胶—卡拉胶，分散性好、无毒、易成膜。杜伏玲等[3]制备了淀粉/卡拉胶共混膜，该膜耐水性良好，力学性能优异，可用于食品包装和药物包装。陈从贵等[4]用魔芋胶、卡拉胶和热塑性淀粉进行凝胶化处理，制备了可食性淀粉基包装纸，其可折叠60次以上。

2.与生物可降解聚合物共混

加入机械性能优异的生物可降解聚合物与淀粉共混，可以提高淀粉基共混物的力学性能、耐水和耐热性能等。Mittal等[5]制备了聚乳酸（PLA）、热塑性淀粉（TPS）、聚己内酯（PCL）的二元和三元共混物，研究发现二元共混物中PLA与TPS不相容，三元共混物中TPS存在与PCL相中，在PLA相中的分散良好。Krishnan等[6]制备了TPS/PLA共混物，研究发现增塑剂可以改善PLA与TPS的界面粘附性，提高共混物的抗冲击性能。潘宏伟等[7]通过用马来酸酐（MA）增塑，制备了聚（对苯二甲酸-CO-己二酸丁二醇酯）（PBAT）/MTPS共混物，研究表明MA的加入导致TPS與PBAT发生酯交换，改善共混物的相形态，提高拉伸强度。Lendvai等[8]制备了TPS/PBAT/有机改性蒙脱土复合材料，发现蒙脱土分散在TPS相中，提高了复合材料的断裂伸长率。Li等[9]通过多功能环氧基共聚物的扩链作用，使PLA枝化，进而提高了PLA/TPS共混物的延展性。张臣等[10]以PLA、环氧扩链剂（REC）、MA功能化热塑性淀粉（MTPS）为原料制备了PLA/MTPS/REC共混物，研究发现REC可以与PLA和MTPS同时反应，进而提高MTPS和PLA的相容性。Kim等[11]利用聚己内酯（PCL）与甲基丙烯酸缩水甘油酯（GMA）的酯交换反应先制备了PCL-g-GMA，并以此为原料与淀粉共混。淀粉的羟基诱导GMA的环氧基团开环，与PCL形成醚键。张龙彬等[12]通过二异氰酸酯封端的聚己内酯与淀粉共混并发生加成反应，制备出淀粉-g-PCL，之后加入到PCL/淀粉中充当相容剂，进而提高PCL与淀粉的相容性。Choi等[13]研究了以SGCL为PCL/淀粉共混物的相容剂时共混物的结构与性能。结果表明共混物的断裂伸长率显著提高，但拉伸强度和拉伸模量降低。

3.总结

淀粉是最有发展前景的可再生可降解高分子材料。淀粉的共混改性是提高淀粉作为包装材料的性能的重要改性方法。未来我们会探索更多的淀粉共混体系，以克服淀粉性能的不足，开发淀粉新的性能，促进其广泛应用。

参考文献：

[1]Arvanitoyannis I，Psomiadou E，Nakayama A. Food Chemistry，1997，60（4）：593-604.

[2]Shalviri A，Liu Q，Abdekhodaie MJ. Carbohydrate Polymers，2010，79（4）：898-907.

[3]杜伏玲，郑敦胜，阮继良. 包装工程，2008（08）：27-28+44.

[4]陈从贵，张莉，方红美. 食品科学，2004（4）：98-102.

[5]Mittal V，Akhtar T，Luckachan G. Colloid and Polymer Science，2015，293（2）：573-585.

[6]Krishnan S，Mohanty S，Nayak S. J Polym Mater，2017，34（3）：525-538.

[7]潘宏伟，郎贤忠，赵岩. 高分子材料科学与工程，2016（10）：132-137.

[8]Lendvai L，Apostolov A，Karger-Kocsis J. Carbohydrate Polymers，2017，173：566-572.

[9]Li H，Huneault M. Journal of Applied Polymer Science，2011，122（1）：134-141.

[10]张臣，陆冲，程树军. 材料科学与工程学报，2017，35（4）：587-591.

[11]Kim C，Jung K，Kim S.  Journal of Polymers & the Environment，2004，12（3）：179-187.

[12]张龙彬，朱光明. 化工新型材料，2005，33（6）：30-32

[13]Choi E，Kim C，Park K. Journal of Polymer Science Part B Polymer Physics，1999，37（17）：2430-2438.