摘要
随着石油基塑料对环境的危害愈来愈深，国家发改委于2010年发布了“限塑令”，2020年发布并实施了“禁塑令”，因此开发高性价比、可生物降解、性能良好的包装材料迫在眉睫。淀粉因其来源广泛、价格低廉以及良好的塑化性能，被认为是最有潜力的可降解材料，然而由于淀粉大分子链上含有大量亲水基团，导致淀粉膜耐水性较差，难以用于外包装，如果能改善这个缺陷，将极大拓宽淀粉在包装材料中的应用。本工作以木薯淀粉为原料，水是唯一增塑剂，制备热塑性淀粉（Thermoplastic Starch，TPS）。添加适量的柠檬酸（Citric Acid，CA）作交联剂，添加微量的碳化二亚胺（Carbodiimide）作催化剂，使柠檬酸所含的羧基活化，然后与淀粉大分子链上的羟基反应，得到微交联淀粉膜。探究微交联对淀粉膜机械性能、结晶性能、耐水性能等影响。 研究结果发现，微交联淀粉膜的最佳配比为木薯淀粉∶水∶柠檬酸∶碳化二亚胺为100∶15∶3∶0.006。该微交联淀粉膜的水溶性与吸水率均降低，展现了良好的耐水性能；拉伸强度为26.79±1.08MPa，与纯淀粉膜（9.66±1.01MPa）相比提高了177.50%，断裂伸长率为11.62±1.54%，与纯淀粉膜（5.30±0.96MPa）相比提高了119.50%，显著改善了机械性能；表面静态接触角为64.9±5.4°，与纯淀粉膜（28.8±3.6°）相比改善了疏水性能；DSC与热重分析测试发现微交联淀粉膜的吸热峰值为179.40℃，与纯淀粉膜（100.57℃）相比有所提升，增大了薄膜的结晶度；热降解温度为330℃，与纯淀粉膜（300℃）相比有所提升，提高了薄膜的热稳定性；X射线衍射测试发现微交联淀粉膜的结晶度降低，这表明柠檬酸通过交联作用破坏了淀粉的结晶微结构和无定形区，以上数据展现出微交联淀粉膜良好的实用性能。另外，交联度测试结果验证了该配方制备的薄膜的网络结构相比TPS膜的更紧密。此外，与不添加碳化二亚胺的微交联淀粉膜相比，添加微量的碳化二亚胺使微交联淀粉膜的热稳定性和机械性能显著提升。 在淀粉膜表面做超疏水改性也可以改善淀粉膜耐水性差的缺陷。首先配制10mg/mL的亲水纳米二氧化硅的乙醇分散液，采用提拉浸渍工艺在纯淀粉膜表面构建微纳米粗糙结构，然后配制0.5wt%十七氟癸基三乙氧基硅烷（FAS）/0.5wt%辛基三乙氧基硅烷（OTES）正己烷中溶液，在室温下水解2h得疏水改性液，将上述表面构建了微纳米粗糙结构的淀粉膜浸渍于改性液中，快速取出，自然晾干，结果发现淀粉膜表面的静态接触角为153.6°，滚动角为3.6°，具备了超疏水性能；耐摩擦测试发现，上述超疏水膜不耐磨，浸渍、提拉后增加烘干步骤有助于提高超疏水稳定性。从产业化角度考虑，找到热塑性淀粉膜在疏水改性液中最短浸泡时间，再辅以红外烘干，有利于规模化生产线设计。
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