淀粉基膜材料防水改性研究

姚世龙 姚双娜 张腾运

【摘 要】淀粉由于来源丰富、成本低廉、绿色环保、无毒健康的可生物降解物质，在食品包装领域应用广泛。但是淀粉膜较差的防水性限制了其应用。本文论述了改善淀粉膜防水性的几种主要的改性方法，即复合法、共混法、化学法和表面改性法。

【关键词】淀粉;改性;生物降解

塑料包装材料由于不能降解而带来白色污染。而生物可降解聚合物由于良好的生物降解性成为包装材料的潜在的替代品。淀粉是自然界含量丰富的生物基可降解聚合物，具有易于加工的优点。但作为包装材料，淀粉基膜材料强的吸水性成为其主要缺陷。因为淀粉膜吸水会导致淀粉颗粒膨胀、变形甚至破裂，最终使机械性能下降。淀粉膜材料的防水改性方法主要包括复合改性、共混改性、化学改性以及表面改性。

1.复合改性法

Qin等[1]制备了几丁质纳米晶须改性玉米淀粉膜，发现几丁质纳米晶须改善了玉米淀粉膜的防水性和强度，膜的水蒸气渗透系数随着几丁质纳米晶须含量增加到2%而降低到2.22×10-12gm-1s-1Pa-1，拉伸强度增加到3.69MPa。淀粉/有机蒙脱土复合膜被发现分解温度提高到200-500 ℃，并且吸水率没有明显变化。孙妍茹等[2]制备了淀粉/二氧化硅复合膜，通过分析复合膜的流延性确定了最佳制备工艺。

2. 共混改性

脂肪酸改性淀粉膜的性能主要与脂肪酸的饱和度有关。比如，硬脂酸比油酸和亚油酸与甘薯淀粉的结合力更强，饱和脂肪酸改性的甘薯淀粉比不饱和脂肪酸改性的甘薯淀粉具有更高的防水性和拉伸强度，但断裂伸长率下降。Vivian等[3]制备了硬脂酸改性淀粉膜，研究发现硬脂酸的加入提高了淀粉膜的透水性，并确定了最佳配比参数，即100 g淀粉，4 g硬脂酸，24 g甘油。此时淀粉膜具有优异的继续性能和较低的水蒸气透过系数。

3. 化学改性

化学改性主要是进行淀粉的交联。例如，用戊二醛做交联剂，聚乙二醇和甘油做增塑剂，可以制备出具有较好的防水性的木薯淀粉膜。而用甘油作为增塑剂，柠檬酸作为交联剂制备的淀粉膜，由于交联反应的发生影响淀粉分子运动和溶胀性能，导致改性后的淀粉膜扩散系数、平衡水分含量和扩散系数的降低。另外，用柠檬酸作为交联剂，分别改性大米淀粉和豌豆淀粉。结果发现由于大米淀粉颗粒小，而导致柠檬酸改性的大米淀粉膜比柠檬酸改性的豌豆淀粉膜具有更好的力学性能和防水性。

4. 表面改性

表面改性是指在淀粉膜表明接枝上不同的基体使淀粉膜具有特殊的性能。例如，在淀粉膜表面接枝链烷醇可以使淀粉膜具有疏水性，这是由于链烷醇增加了增塑剂甘油在表面的流动性。并且增加链烷醇分子链长度，可以增强淀粉膜的疏水性。Zhou等[4]用苯甲酸钠作为光引发剂，用紫外线辐照使玉米淀粉膜交联改性。研发发现由于引发剂浓度的影响，淀粉膜表面交联进行的最快。并且在苯甲酸钠浓度为0.75%时，淀粉膜的交联程度最大。由于表面交联度的提高，使膜具有很好的耐水性。辛烯基琥珀酸酐可以通过酯化反应改性玉米淀粉膜，对膜的表面进行防水性修饰。例如用1.0%氧化钠溶液预处理淀粉膜，在95%的相对湿度，温度为35 ℃反应6小时，得到的改性淀粉膜具有较低的平衡水分含量、吸水率和较高的水接触角。说明改性后的淀粉膜的防水性提高了。

5. 总结

近年来随着人们对环境和食品安全的关注，淀粉包装材料逐渐受到了重视。本文以淀粉膜作为包装材料的主要缺陷，防水性差为主线，论述了几种主要改善淀粉膜的方法。其中表面改性由于工艺简单、改性效果明显而受到欢迎。

参考文献：

[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备及性能研究[D]. 山东农业大学，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.

（作者单位：吉林建筑大学）