异淀粉为原料的化工制品

   淀粉是自然界最丰富的原料之一，属可再生、可生物降解资源。它容易从食物中获得，价格较低，也容易用化学、物理和生物方法进行加工，以取代某些由石油获得的化工品。

   淀粉是食物的重要成分，在食品领域有广泛的用途。它不具有甜味，但却是重要的糖源，因为淀粉是由葡萄糖组成的有机高分子化合物，经水解可得低聚糖，这也是淀粉制糖的基础。由淀粉或其水解产物葡萄糖出发，经发酵可生产醇、酮、酸、醚等有机化工产品，也可生产高分子工业原料。而且还可通过变形的方法制成多种淀粉衍生物，可用作填充剂、包埋剂、粘合剂、表面活性剂等。因此，淀粉在非食品领域如造纸、纺织等方面也有这广泛的应用。

   本文以下摘要介绍集中以淀粉为原料的化工制品，为我国利用淀粉开辟新的工业领域提供参考。

   1 淀粉原料的表面活性剂

    早在1893年德国的B.Fisscher首次报道了甲基糖甙的制备技术，但直到40年后人们才认识到长链烷基糖甙具有表面活性。以淀粉为原料合成的表面活性剂克服了传统的以石油化工原料制成的表面活性剂的缺点，具有原料价格低、对皮肤无刺激性、生物降解性好、对环境无污染等优点。利用淀粉及其衍生物可以生产性能优良、品种繁多的表面活性剂如：脂肪酸失水山梨醇（Span）,脂肪酸失水山梨醇聚氧乙烯醚(Tween),烷基苷(AGP)，葡萄胺(GA)，聚氧乙烯醚葡萄苷，淀粉酯，葡萄酸盐。其中AGP及GA发展迅速，近年来特别引起人们的注意。对AGP的大量研究更加活跃。AGP表面张力低、泡沫丰富、去污力强、配伍性能极佳，可用作洗涤剂主表面活性物、各种化妆品、清洁剂用的表面活性剂、药品添加剂、工业乳化剂等。GA具有不挥发、无气味、水溶性好、无刺激、生物降解性好的优点。

    国外许多家公司就表

面活性剂作了大量研究工作，迄今为止以开发出多种具有表面活性的淀粉衍生物，其应用遍及洗涤、制药、电镀、粘解、润滑、化妆品及工业分离等多种行业。近几年，国内为寻求和开发表面活性寄信的原料资源，越来越多的科研单位和大专院校研究开发以淀粉为原料表面活性剂，有些已投产，并开发了系列产品。

   2 高吸液材料的接枝共聚淀粉

    利用乙烯基单位与淀粉进行接枝共聚反应，可极大地改变淀粉属性。常用的单体有丙烯腈，丙烯酰胺等。美国农业部北部研究中心Fanta等人最早采用硝酸铈铵([NH₄]₂C_e[NO₃]₂)为引发剂，使丙烯腈与淀粉接枝共聚，反应产物经皂化水解而得到能吸收自重几百至几千倍无离子水高吸液树脂(HSGPAN)。这种新聚合物可以制成薄膜、颗粒状或粉状，其吸收、贮存液体的功能使该材料在日常生活、工业、农业等各领域获得广泛的应用。首先可用作柔软商品吸收性添加剂，例如用于尿布、褥垫、绷带、餐巾、止血塞等。这种材料最有前途的应用是在农业方面，譬如用于种子和根部的覆盖图层合用作能迅速深入土壤保留水分的添加剂等。含有这种吸收剂的燃料过滤材料可用于去除柴油和汽油与酒精混合燃料中的少量水分。

   这类新功能高分子材料一问世就引起社会各界的关注。70年代以来，日本、欧洲、印度也相继研制出这类产品，产品逐年增加。目前世界各国对接枝共聚材料研究和开发利用工作仍十分活跃。我国则以Fe²⁺-H₂O₂等非Ce离子性引发体系，制得淀粉与聚丙烯酰胺的接枝共聚物及其部分水解产物及磺化产物。此接枝共聚物用于处理含石油废水，效果甚佳。还可用于毛纺厂的印染废水处理剂、造纸厂含贡废水处理剂。也可用作造纸助剂、纸质隔板浆层涂料。 

   总之，随着这种材料的产量不断增加，质量不断提高，接枝共聚淀粉材料可望成为有多种用途的化工产品，它的应用范围必将越来越大。

   3 淀粉粘合剂

     淀粉通过物理或化学方法，加工成可溶性糊精、乙酰淀粉等多种形式，配合相应的添加剂，就可制得性能各异的淀粉粘合剂，俗称淀粉胶。因此淀粉胶并不是一种特定的变性淀粉。工业上用的最多是玉米淀粉胶。淀粉胶应用和发现可追溯到1812年。当时，都柏林一家纺织厂失火，储存的马铃薯淀粉受热，颜色变褐，溶于水成粘稠胶体，能用作粘胶剂，即以后所谓的英国胶，这也是最早生产变性淀粉。淀粉胶无毒、无异味、无残留氧化剂、成模型好，具有良好的粘合性能，可用于纸制品的粘合、医药工业中片剂的粘合、铸造工业中铸模砂心的粘合。

      由于粘合物表面性质不同及操作不同，对淀粉胶的选择也不同。例如，包装纸箱粘合封口一般用自动机械，是在压力下粘和，操作速度块，要求粘合快。而邮票背面的重湿胶粘剂则要求贮存中防潮性能好，应用时重湿性好，凝沉性弱，干燥过程中是纸面能保持平滑，不发生弯曲。而且淀粉胶作为一种生态材料，在应用中将尽量替带一些有毒的，由石油化工品合成的胶粘剂。随着人们环保意识的不断增强，淀粉胶的应用将越来越广。因此，虽然淀粉胶是最早生产的变性淀粉，仍然有许多工作要作。

  4 用淀粉制作胶囊材料

    将淀粉或变性淀粉用来封装农药，如除莠剂、杀虫剂等的胶囊材料。这种胶囊材料要求控制农药的释放，使农药保持对害虫的药效，从而提高虫害防治的效率。同时减少药品的挥发性损失，日照下得分结合经过水流的渗漏，从而降低了农药对环境的污染。

    美国自1990年就对除莠剂如何进行胶囊封装进行了研究，并进行了大量的田间试验。虽然田间试验已表明胶囊封装的农药与普通农药各项指标之间有着显著差别。但仍然需进一步试验和研究，以最终设计出可以实际生产的商业性加工工艺。

    用胶囊封后的活性药品通过对淀粉进行物理处理，向淀粉中加入其他添加剂或选择不同 的加工条件等办法加以控制，胶囊技术不仅用在农药方面，还可用于食品添加剂方面，用于食品中苦味物质的包埋等。这是个有着巨大的、崭新的工业市场前景的领域。

    5 用淀粉制可生物降解塑料

     淀粉塑料是近年来研究的热门话题之一。开发淀粉塑料的初衷来自于人们对环境保护意识的增强。大量的塑料废物是不可生物降解的，给垃圾处理带来极大的困难。于是出现了研究开发由天然材料制作的、可生物降解的淀粉塑的热潮。科研人员集中力量开发以天然材料为基础的、可生物降解塑料。人们最为关心的是一次性使用后续快速处理的塑料制品，如包装薄膜、购物袋、快餐盒 、农用地膜等。

     淀粉作为一种聚合物材料已被证明可以取代结构类似于石油原料合成的聚合物。因此，目前淀粉塑料的研究正向多方面拓展。淀粉作为开发成具有生物降解功能产品的基本聚合物，有两点潜在优势：第一，淀粉在各种环境中都具有完全的生物降解的能力；第二，塑料中淀粉分子降解或灰化后，形成的CO₂气体，可以收集起来，不会成为全球气候变暖的原因。

     世界各国在这方面的研究投入了大量的资金，作出了巨大的努力。 其中美国与日本的研究在世界上处于领先水平。目前，市场上已出现了混合生物可降解塑料，这类塑料产品将少量淀粉与正常结构的合成聚合物和强氧化剂结合起来，有助于合成聚合物降解成碎片，即所谓的生物可降解作用。其中淀粉的作用是作为填充剂和生物可降解添加剂。关于淀粉生物降解的研究仍在深入进行，主要从两方面着手：一是用淀粉与其他聚合物合成塑料薄膜或注塑成各种制品；二是合成含热塑侧链的淀粉，以制备和注塑成各种产品。

   但目前的研究表明，用生物可降解塑料制造各种产品，其成本需要降低，其物理性能需要改进。例如，用混合挤压工艺生产的淀粉塑料薄膜与其他塑料膜相比，抗撕强度偏低。90年代初，一种含85％泡沫塑料的包装材料进入市场，能够生物降解，具有弹性和可压缩性，但易于在水中溶解。因此，淀粉塑料的应用在一定程度上受到了限制。这些都有待进一步研究，使淀粉塑料达到一个合理的使用水平。当然，对淀粉塑料在各种环境中的生物降解机制和生物降解率及降解程序也应加强研究，以求加快生物降解塑料的发展和应用。21世纪，以淀粉为基础的新型材料的广阔市场必将出现。

   6 结束语

    可以预期，将来会涌现更多的以淀粉为原料的化工制品及相关的新技术。淀粉是一种可再生资源，人们对更充分利用这种资源的巨大需要和兴趣必将激发我们沿着这一方向进一步研究和开发。未来的的产品中除了膳食淀粉外，必然还有大量的非食品用的淀粉制品。