Page 195 - 《精细化工》2023年第3期
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第 3 期                  徐振光，等:  玉米淀粉/生物基碳点复合光转换薄膜的制备及性能                                   ·651·


                 在过去十几年里，全球塑料包装的生产和使用                          生化科技股份有限公司；壳聚糖（CS），工业级，
            规模扩大导致了白色污染问题。生物基聚合物材料                             浙江澳兴生物科技有限公司；玉米淀粉（CST），食
            因其无毒、无污染、生物可降解且较易获取而具有                             用级，广西南宁市明阳生化股份有限公司；丙三醇，
            很大的潜力替代传统塑料            [1-2] 。                     AR，西陇科学股份有限公司；冰醋酸，AR，广东
                 玉米淀粉是一种高相对分子质量（简称分子量）                         光华科技股份有限公司。
            碳水聚合物，由葡萄糖分子聚合而成，其来源丰富、                            1.2  P(CS-g-CA)CDs 的制备
            可再生、可降解、价格低廉，是有望替代传统塑料                                 根据课题组 前期研究           [14-15] 采用水热法制备
                             [3]
            的生物聚合物之一 。2021 年 9 月 24 日，中国马延                     P(CS-g-CA)CDs。首先，将 5 g CS、5 g CA 和 100 mL
                                                       [4]
            河团队实现了实验室从二氧化碳到淀粉的全合成 ，                            去离子水添加到三口瓶中，开始搅拌使 CS 和 CA 充
            这对可持续性发展和减缓温室效应有着重要作用，                             分溶解，再加入 0.1 g EDC 和 0.1 g NHS 作为偶联剂，
            淀粉材料发展进入新纪元。与单一材料形成的膜相                             搅拌反应 48 h 后，产物用透析袋（截留分子量
            比，淀粉基复合膜具有优异的机械和阻隔（水分和                             8000~14000）透析 48 h 后，–20  ℃冷冻干燥 24 h
            氧气）性能以及功能多样性等优点，扩大了其在包                             获得壳聚糖接枝柠檬酸（CS-g-CA）白色粉末状产
            装、农用膜等相关产业的应用范围                [5-6] 。             物。然后，将 0.5 g CS-g-CA、0.5 mL N-(2-羟乙基)-
                 荧光碳点具有优良的生物相容性、荧光性质容易                         乙二胺和 20 mL 去离子水加入到水热反应釜中，
            调控、发光稳定性、无毒性和易表面改性等优点                      [7-9] ，  180 ℃水热反应 4 h 后，于 10000 r/min 离心收集沉
            特别地，碳点表面具有丰富的亲水官能团，如—                              淀，再透析（截留分子量 500）12 h，–20  ℃冷冻干燥
            NH 2 、—OH、—COOH 等，易与聚合物链上的亲水                       24 h 获得浅黄色 P(CS-g-CA)CDs 粉末，产率约为 70%。
            官能团形成氢键，从而可以提升聚合物材料的力学                             P(CS-g-CA)CDs 的基本表征如参考文献[14-15]，本文
            性能；此外，碳点的加入还能赋予薄膜转光性能。                             测试了该碳点的荧光光谱和紫外-可见吸收光谱。
            根据植物生理学，植物对光线最强的吸收带通常位                             1.3   玉米淀粉/壳聚糖基碳点复合光转换薄膜的制备
            于蓝光（400~500 nm）和红光（600~680 nm）区域，                      取玉米淀粉 6 g、2 mL 甘油、质量浓度为 5 g/L
            蓝光和红光能激发叶绿素合成              [10-11] ；紫外光（400 nm     的 P(CS-g-CA)CDs 溶液（用量分别为 0、5、10、
            以下）则相反，会加速植物枝干老化，并诱发虫病                             20 mL，以质量分数 1%的冰醋酸为溶剂）和去离子
                                                               水（92、87、82、72 mL）加入到三口烧瓶中，85  ℃
            等，严重影响植物的正常生长。因此，利用光能转
                                                               恒温搅拌 2 h，最后将混合溶液倒入直径为 10 cm 的
            换技术有效增强光照中的蓝光或红光、减弱紫外光
            辐照对农作物的增产具有重要意义                 [12] 。目前，制备        培养皿中，置于干燥箱中 60  ℃下干燥 24 h，脱模，
                                                               得到玉米淀粉/壳聚糖基碳点复合光转换薄膜（简称
            转光膜常用的转光剂通常为有机染料类、无机盐类
                                                               复合薄膜），分别命名为：CST、CST/P(CS-g-CA)CDs5、
            或稀土配合物类化合物，但存在易分解、使用寿命
                                                               CST/P(CS-g-CA) CDs10、CST/P(CS-g-CA)CDs20。
            短、激发峰与作物反射光谱难以匹配、制备工艺复
            杂、造价较为昂贵等缺点            [13] 。                      1.4   表征与性能测定
                                                                   采用 Nicolet iS10 型傅里叶变换红外光谱仪（美
                 本文将前 期合成的 壳聚糖基 聚合物碳点
            〔P(CS-g-CA)CDs〕   [14-15] ，作为一种转光剂混入玉米             国 Thermo Scientific 公司）测试壳聚糖接枝柠檬酸
                                                               碳点〔P(CS-g-CA)CDs〕（KBr 压片法）及其复合
            淀粉薄膜中赋予薄膜蓝光转光性。在薄膜降解方面，
                                                               薄膜的红外光谱，膜在 60  ℃下干燥 6 h 后固定于样
            纯淀粉薄膜易吸水分解，通过混入难水溶的碳点，
                                                               品台上进行测定；通过 RF-5301PC 型荧光分光光度计
            可以延缓纯玉米淀粉薄膜的降解，实现降解速率可
                                                               （日本岛津公司）测定 P(CS-g-CA)CDs 的荧光光谱，
            调控。利用储量丰富且廉价的生物质材料开发出能
                                                               激光光源为 150 W 氙气灯，扫描范围 200~700 nm，
            自然降解的蓝光转光膜，可以克服纯玉米淀粉薄膜                             激发发射狭缝为 5 nm，电压为 400 V，测试中将薄膜
            易老化、柔韧性较差、耐水性差等缺陷                   [16] ，有望替
                                                               剪成 3 cm×3cm 小方块；采用 UV-2600 型紫外-可
            代传统不可降解塑料薄膜。
                                                               见分光光度计（日本岛津公司）测定 P(CS-g-CA)CDs
            1   实验部分                                           的紫外吸收光谱，以去离子水为基线，扫描波长范
                                                               围为 200~ 700 nm；采用 AG-XLON-10KN 型万能试
            1.1   试剂与仪器                                        验机（日本岛津公司）测试复合薄膜的拉伸强度，
                 无水柠檬酸（CA）、N-羟基琥珀酰亚胺（NHS）、                     根据 ASTM D638—2014 标准，试样样条为哑铃型，
            1- 乙基 -(3- 二甲基氨基 丙基 )- 碳二 亚胺盐酸 盐                   长为 115 mm，宽为 25 mm，拉伸速率为 20 mm/min；
            （EDC）、N-(2-羟乙基)-乙二胺，AR，上海阿拉丁                       采用 Discovery Series 型热重分析仪（美国 TA 仪器公
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