淀粉纳米晶的制备及其结构研究
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第２ ８卷第 ６期
２ ０１ ５— １ １
聚 酯 工 业
Ｐ ｏ ｌ ｙ ｅ ｓ ｔ ｅ ｒ Ｉ ｎ ｄ ｕｓ ｔ ｒ ｙ
Ｖ０ ｌ ＿ ２ ８ Ｎｏ ． ６
ＮＯ Ｖ． ２ ０１ ５
ｄ ｏ ｉ ： １ ０ ． ３ ９ ６ ９ ／ ｊ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ． １ ０ ０ ８ — ８ ２ ６ １ ． ２ ０ １ ５ ． ０ ６ ． ０ ０ ６
淀 粉 纳 米 晶 的 制 备 及 其 结 构 研 究
曲 远 ， 邢 阳 阳。 ， 刘 国峰
（ １ ．大连市第八 中学 ， 辽宁 大连 １ １ ６ ０ ２ ２ ； ２ ．大连工业大学纺织与材料工程学院 ， 辽宁 大连 １ １ ６ ０ ３ ４ ）
摘要 ： 通过硫酸酸解法从 淀粉 中分离出淀粉纳米 晶粒 。采用 ｘ射线衍射 、 红外 光谱 、 扫描 电子显微镜和透射 电子显微镜对淀
粉 纳米 晶 的结 构 进 行 了 表 征 ， 并 根 据 产 率 和 结 晶 度综 合 分 析 确 定 了最 佳 工 艺 。结 果 表 明 ， 随 着 酸解 的不 断进 行 ， 结 晶 度 不 断
增加 ， 酸解 ５ ｄ 后， 微 晶尺寸在 ４ ０— １ ０ ０ ａ ｍ ， 淀粉纳米晶的产率为 ８ ． ２ ９ ％， 结晶度为 ３ ９ ． ４ １ ％ 。淀粉纳 米晶的最佳 工艺条件
即可发 现磷 灰石 在其表 面形成 。
得 到 淀粉纳 米 晶粉 末 ， 称 量 粉 末 的质 量 ， 并 计 算 产
率。
１ ． ３ 淀粉纳 米 晶的 ｘ射 线衍射 表征
采用 Ｄ ／ Ｍ ａ ｘ 一 ３ Ｂ型 ｘ射线衍射仪测定淀粉纳米
晶的结 晶度 ， 在 １ ０ 。～ ７ ０ 。 以 ５。 ／ ｍ ｉ ｎ速 度 扫 描 。运
是： 硫 酸浓 度 ３ ． １ ６ ｍｏ ＷＬ、 酸 解 温度 ４ ５℃ 、 酸解 时 间 ５ ｄ 。
关键词 ： 淀粉纳米 晶； 酸解法 ； 形态
中图 分 类 号 ： Ｑ ５ ３ ９ 文 献 标 识码 ： Ａ 文 章 编号 ： １ ０ ０ ８ － ８ ２ ６ １ （ ２ ０ １ ５ ） ０ ６ － ０ ０ ２ ０ ４ ３ ４
１ ． ２ 淀粉 纳米 晶的制 备
称取 一定 质量 的淀 粉 ， 与一 定 浓 度 的硫 酸 在 三 口烧 瓶 中混合 ， 恒 温条 件 下 ， 以１ ０ ０ ｒ ／ ｍ ｉ ｎ的搅 拌 速 度， 酸解 反应 ３～ ７ ｄ 。反应 结束 后 调 ｐ Ｈ值 至 中性 ， 采用 ３ ０ ０ ０ ｒ ／ ｍ ｉ ｎ的转 速离 心分 离出淀 粉纳米 晶 ， 然 后 离心水 洗 ， 以除去 淀粉 表面 的一些 离子 ， 将 得 到 的
随着对 淀粉微 观结 构 的进 一步 认识 以及对 纳米 材料 的研究 升温 ， 人 们 发现 淀 粉 是 由大 量 的纳 米尺 寸 的半 结 晶颗粒 组成 的 ， 称 其 为 淀粉 纳 米 晶 （ Ｓ ｔ ａ ｒ ｃ ｈ
ｎ ａ ｎ ｏ ｃ ｒ ｙ ｓ ｔ ａ ｌ ｓ ， Ｓ Ｎ Ｃ ｓ ） ， 可 以通 过 酸解 或 者 酶解 的方 法分离 出该 纳米 颗粒 ， 一些 物 理 加 工法 也 可 用 作分
０ 前 言
随着化 石能 源 的 日渐枯 竭 以及 人们 环保 意识 的
增强 ， 对生 物可 再 生 资源 的研 究 日渐 兴 盛 。淀 粉是
一
构， 为进 一步 进行 淀粉纳 米 晶／ 聚酯 复合材 料 的应用
研 究 奠定基 础 。
１ 实 验
１ ． １ 原料
种 典 型的通过 光合 作用 合成并 储存 在植 物体 中的
天然高分子材料， 其蕴藏 丰富， 可再生且可生 物降 解， 因此成为人们研究的热点之一。由于淀粉 的耐 水性 、 抗 剪切 以及熔融 流 动性均 较差 ， 所 以难 以作 为 单独 的一 种高分 子材 料使 用 。 自２ ０世 纪 ７ ０年代 起 １ Ｊ ， 人 们 开始 对 淀粉 进 行
胶 状物 均匀地 平铺 在表 面皿上 ， 用冷冻 干燥 机干 燥 ，
和脂肪 族 聚酯 为 原料研 发 了全 生物 降解 塑 料 ； Ｄ ｕ ａ ｒ － ｋ 等 采 用超 临界 相转 化 技 术 制成 淀 粉／ 聚乳 酸 共 混 物 与骨活 性陶 瓷组 成 的孔 状 组织 支 架 ， 在第 １ ４ ｄ
备聚酯基复合材料 ， 不仅大大提高了材料 的力学性 能， 还 增加 了材 料 的生 物 可 降解 性 ， 但 迄 今 并未 实现工 业化 生产 ， 迫切 需 求 不 断优 化 制 备 工艺 。因 此， 本 文研 究 了酸 解 法 制备 淀 粉 纳 米 晶 的工 艺 及结
收稿 日期 ： ２ ０ １ ５ － ０ ８ － ０ ３ 。 作者简介 ： 曲
解 周期 仅 为 ２ Ｏ一４ ５ ｄ ； 德国Ｂ Ｉ Ｏ Ｔ Ｅ Ｃ公 司 以淀 粉
可溶性 高直链 淀 粉 ， 食 品级 ， 天津市 光复精 细化
工研 究 所 ； 浓硫 酸 ， 分析纯， 沈 阳新 兴试 剂 厂 ； 氨水 ， 分析 纯 ， 天津市 科密 欧化学试 剂 有限公 司 。
物理 或化 学改性 ， 将 其制 成淀粉 基材 料 ， 并 广泛应 用 于 生物 降 解 塑料 、 食 品、 包装 、 医 用等 行业 。意大 利 Ｎ ｏ ｖ ａ ｍ ｏ ｎ ｔ 公 司 将改 性 后 的淀 粉与 聚 己 内酯共 混 ， 吹塑成包 装膜 、 农用 膜等 Ｍａ ｔ ｅ ｒ ． Ｂ ｉ ． ｚ级 的产 品 ， 其 降
用Ｊ Ａ Ｄ Ｅ软 件计算 结 晶度 。
１ ． ４ 淀粉纳 米 晶的红 外光谱 表征
采用美 国铂金 埃尔 默公 司 的 Ｓ ｐ ｅ ｃ ｔ ｒ ｕ ｍ Ｏ源自文库ｎ ｅ － Ｂ红 外光 谱仪 ， 对淀 粉和淀 粉纳米 晶进 行红外 光谱 测试 。
１ ． ５ 淀粉 纳米 晶的形 态表征
离 。研 究表 明 ， 将 分 离 出 的纳 米 粒作 为填 料 用 于制
２ ０１ ５— １ １
聚 酯 工 业
Ｐ ｏ ｌ ｙ ｅ ｓ ｔ ｅ ｒ Ｉ ｎ ｄ ｕｓ ｔ ｒ ｙ
Ｖ０ ｌ ＿ ２ ８ Ｎｏ ． ６
ＮＯ Ｖ． ２ ０１ ５
ｄ ｏ ｉ ： １ ０ ． ３ ９ ６ ９ ／ ｊ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ． １ ０ ０ ８ — ８ ２ ６ １ ． ２ ０ １ ５ ． ０ ６ ． ０ ０ ６
淀 粉 纳 米 晶 的 制 备 及 其 结 构 研 究
曲 远 ， 邢 阳 阳。 ， 刘 国峰
（ １ ．大连市第八 中学 ， 辽宁 大连 １ １ ６ ０ ２ ２ ； ２ ．大连工业大学纺织与材料工程学院 ， 辽宁 大连 １ １ ６ ０ ３ ４ ）
摘要 ： 通过硫酸酸解法从 淀粉 中分离出淀粉纳米 晶粒 。采用 ｘ射线衍射 、 红外 光谱 、 扫描 电子显微镜和透射 电子显微镜对淀
粉 纳米 晶 的结 构 进 行 了 表 征 ， 并 根 据 产 率 和 结 晶 度综 合 分 析 确 定 了最 佳 工 艺 。结 果 表 明 ， 随 着 酸解 的不 断进 行 ， 结 晶 度 不 断
增加 ， 酸解 ５ ｄ 后， 微 晶尺寸在 ４ ０— １ ０ ０ ａ ｍ ， 淀粉纳米晶的产率为 ８ ． ２ ９ ％， 结晶度为 ３ ９ ． ４ １ ％ 。淀粉纳 米晶的最佳 工艺条件
即可发 现磷 灰石 在其表 面形成 。
得 到 淀粉纳 米 晶粉 末 ， 称 量 粉 末 的质 量 ， 并 计 算 产
率。
１ ． ３ 淀粉纳 米 晶的 ｘ射 线衍射 表征
采用 Ｄ ／ Ｍ ａ ｘ 一 ３ Ｂ型 ｘ射线衍射仪测定淀粉纳米
晶的结 晶度 ， 在 １ ０ 。～ ７ ０ 。 以 ５。 ／ ｍ ｉ ｎ速 度 扫 描 。运
是： 硫 酸浓 度 ３ ． １ ６ ｍｏ ＷＬ、 酸 解 温度 ４ ５℃ 、 酸解 时 间 ５ ｄ 。
关键词 ： 淀粉纳米 晶； 酸解法 ； 形态
中图 分 类 号 ： Ｑ ５ ３ ９ 文 献 标 识码 ： Ａ 文 章 编号 ： １ ０ ０ ８ － ８ ２ ６ １ （ ２ ０ １ ５ ） ０ ６ － ０ ０ ２ ０ ４ ３ ４
１ ． ２ 淀粉 纳米 晶的制 备
称取 一定 质量 的淀 粉 ， 与一 定 浓 度 的硫 酸 在 三 口烧 瓶 中混合 ， 恒 温条 件 下 ， 以１ ０ ０ ｒ ／ ｍ ｉ ｎ的搅 拌 速 度， 酸解 反应 ３～ ７ ｄ 。反应 结束 后 调 ｐ Ｈ值 至 中性 ， 采用 ３ ０ ０ ０ ｒ ／ ｍ ｉ ｎ的转 速离 心分 离出淀 粉纳米 晶 ， 然 后 离心水 洗 ， 以除去 淀粉 表面 的一些 离子 ， 将 得 到 的
随着对 淀粉微 观结 构 的进 一步 认识 以及对 纳米 材料 的研究 升温 ， 人 们 发现 淀 粉 是 由大 量 的纳 米尺 寸 的半 结 晶颗粒 组成 的 ， 称 其 为 淀粉 纳 米 晶 （ Ｓ ｔ ａ ｒ ｃ ｈ
ｎ ａ ｎ ｏ ｃ ｒ ｙ ｓ ｔ ａ ｌ ｓ ， Ｓ Ｎ Ｃ ｓ ） ， 可 以通 过 酸解 或 者 酶解 的方 法分离 出该 纳米 颗粒 ， 一些 物 理 加 工法 也 可 用 作分
０ 前 言
随着化 石能 源 的 日渐枯 竭 以及 人们 环保 意识 的
增强 ， 对生 物可 再 生 资源 的研 究 日渐 兴 盛 。淀 粉是
一
构， 为进 一步 进行 淀粉纳 米 晶／ 聚酯 复合材 料 的应用
研 究 奠定基 础 。
１ 实 验
１ ． １ 原料
种 典 型的通过 光合 作用 合成并 储存 在植 物体 中的
天然高分子材料， 其蕴藏 丰富， 可再生且可生 物降 解， 因此成为人们研究的热点之一。由于淀粉 的耐 水性 、 抗 剪切 以及熔融 流 动性均 较差 ， 所 以难 以作 为 单独 的一 种高分 子材 料使 用 。 自２ ０世 纪 ７ ０年代 起 １ Ｊ ， 人 们 开始 对 淀粉 进 行
胶 状物 均匀地 平铺 在表 面皿上 ， 用冷冻 干燥 机干 燥 ，
和脂肪 族 聚酯 为 原料研 发 了全 生物 降解 塑 料 ； Ｄ ｕ ａ ｒ － ｋ 等 采 用超 临界 相转 化 技 术 制成 淀 粉／ 聚乳 酸 共 混 物 与骨活 性陶 瓷组 成 的孔 状 组织 支 架 ， 在第 １ ４ ｄ
备聚酯基复合材料 ， 不仅大大提高了材料 的力学性 能， 还 增加 了材 料 的生 物 可 降解 性 ， 但 迄 今 并未 实现工 业化 生产 ， 迫切 需 求 不 断优 化 制 备 工艺 。因 此， 本 文研 究 了酸 解 法 制备 淀 粉 纳 米 晶 的工 艺 及结
收稿 日期 ： ２ ０ １ ５ － ０ ８ － ０ ３ 。 作者简介 ： 曲
解 周期 仅 为 ２ Ｏ一４ ５ ｄ ； 德国Ｂ Ｉ Ｏ Ｔ Ｅ Ｃ公 司 以淀 粉
可溶性 高直链 淀 粉 ， 食 品级 ， 天津市 光复精 细化
工研 究 所 ； 浓硫 酸 ， 分析纯， 沈 阳新 兴试 剂 厂 ； 氨水 ， 分析 纯 ， 天津市 科密 欧化学试 剂 有限公 司 。
物理 或化 学改性 ， 将 其制 成淀粉 基材 料 ， 并 广泛应 用 于 生物 降 解 塑料 、 食 品、 包装 、 医 用等 行业 。意大 利 Ｎ ｏ ｖ ａ ｍ ｏ ｎ ｔ 公 司 将改 性 后 的淀 粉与 聚 己 内酯共 混 ， 吹塑成包 装膜 、 农用 膜等 Ｍａ ｔ ｅ ｒ ． Ｂ ｉ ． ｚ级 的产 品 ， 其 降
用Ｊ Ａ Ｄ Ｅ软 件计算 结 晶度 。
１ ． ４ 淀粉纳 米 晶的红 外光谱 表征
采用美 国铂金 埃尔 默公 司 的 Ｓ ｐ ｅ ｃ ｔ ｒ ｕ ｍ Ｏ源自文库ｎ ｅ － Ｂ红 外光 谱仪 ， 对淀 粉和淀 粉纳米 晶进 行红外 光谱 测试 。
１ ． ５ 淀粉 纳米 晶的形 态表征
离 。研 究表 明 ， 将 分 离 出 的纳 米 粒作 为填 料 用 于制