文章重要内容

       北京师范大学刘正平教授课题组发现了室温下快速溶解高直链玉米淀粉（HACS）的溶剂，并通过分子链的多重交联制备了高性能HACS薄膜。与单重物理交联和双重交联的HACS膜相比，多重交联薄膜的表面粗糙度和结晶性均更低，薄膜的力学性能更强，断裂伸长率为65%，拉伸强度达3.18 MPa。本文工作为开发高性能淀粉基薄膜材料提供了新的思路和方法。

文章背景

        包装薄膜常用的化石基塑料薄膜源于不可再生资源且难生物降解，大量使用危害环境与人类健康，为此人们深入研究可生物降解薄膜。淀粉作为绿色天然高分子，成本低且可生物降解，其中直链淀粉含量高的更利于成膜及提升薄膜力学性能，HACS这种高直链淀粉含量的玉米淀粉受关注，但存在溶解性差、不易成膜、力学性能弱等局限，影响其在薄膜领域应用。在溶解性方面，HACS结晶高、结构紧，溶解温度高于普通玉米淀粉，虽通过加有机溶剂等能降溶解温度，可现有溶剂存在溶解时间长、温度高、耗能高等不足，探寻室温下友好溶剂体系意义重大。在力学性能上，其相比合成聚合物较差，交联可改善，不过常温常压下用共价键交联提升其力学性能尚无报道。

文章概述

       最近，北京师范大学刘正平教授课题组提出室温下以四丁基氢氧化铵（TBAH）水溶液为溶剂制备HACS薄膜的新方法，为绿色高效制备实用 HACS 薄膜开拓了新思路（图1）。该HACS薄膜通过物理、配位键以及共价键多重交联的方式成功制备。不仅如此，还深入研究了不同交联方式对HACS薄膜结构、表面形貌以及力学性能的影响。从图2可知，单纯物理交联的PHF膜表面比较粗糙，经过物理-配位键双重交联后的CODHF-5膜表面粗糙度有所降低，物理-共价键双重交联的CDHF膜粗糙度进一步下降，而物理-配位键-共价键多重交联的MHF膜表面粗糙度最低，显得更加均匀平整呢，而且其截面也是光滑。

图1 MHF的制备示意图

图2 薄膜的AFM图像

值得一提的是，这次研究成功实现了HACS在浓度为20 wt%的TBAH水溶液中的常温常压溶解。经过对不同交联方式形成的薄膜比较研究，发现MHF薄膜均匀平整、透明性好，力学性能优良。在特定条件下，MHF薄膜内部呈现无定形结构，透光率能达到约90%，其断裂伸长率为65%，拉伸强度可达3.18 Mpa。

图3 PHF, CODHF-5, CDHF-3 and MHF的应力-应变曲线

        总之，这项研究为HACS的溶解以及高性能HACS薄膜的制备提供了新方法，在可生物降解薄膜这一科研领域展现出了广阔的应用前景。论文第一作者为北京师范大学博士生马小飞，通信联系人为刘正平教授。上述工作以研究论文形式在《高分子学报》2025年第3期印刷出版。

引用本文：

马小飞, 李君, 刘正平. 

室温下多重交联高性能高直链玉米淀粉膜的制备及性能.

高分子学报, 2025,56(3), 408-419

 Ma, X. f.; Li, J.; Liu, Z. P.

Preparation and properties of high-performance high amylose corn starch films with multiple crosslinking at room temperature. 

Acta Polymerica Sinica, 2025, 56(3), 408-419