淀粉基食品包装膜的分子模拟与改性

废弃的塑料包装膜产生的"白色污染"对人类的生存环境与可持续发展构成严重威胁。为了从源头上治理"白色污染"，缓解石油供应紧张局面，本研究以天然廉价的再生资源淀粉为原料，利用纳米粒子的小尺寸效应、表面效应及量子效应，来改造具有多羟基的淀粉分子结构和分子链聚集态；同时对淀粉进行微细化处理，利用淀粉微粒的小尺寸效应和熵效应原理，提高淀粉分子链的无序化和反应活性，使纳米粒子与淀粉分子更易相互作用和复合；利用分子模拟研究纳米粒子/微细化淀粉纳米杂化材料的结构和能量，从原子和分子水平探索纳米掺杂对淀粉基食品包装膜的结构和性能的影响及其规律，并结合杂化材料性能的测试及结构表征，进一步阐明无机纳米粒子与天然有机高分子在介观层次发生的物理和化学的相互作用机理，研究成果对发展分子模拟在有机高分子及其材料改性的应用研究有重要的理论和应用价值，并促进生物降解材料在食品及工业包装材料等高分子材料工业中的应用与发展。

废弃的塑料包装膜产生的“白色污染”对人类的生存环境与可持续发展构成严重的威胁。为了从源头上治理“白色污染”，缓解石油供应紧张局面，本研究以天然廉价的再生资源淀粉为原料，利用纳米粒子的小尺寸效应、表面效应及量子效应，来改造具有多羟基的淀粉分子结构和分子链聚集态；同时对淀粉进行微细化处理，利用淀粉微粒的小尺寸效应和熵效应原理，提高淀粉分子链的无序化和反应活性，使纳米粒子与淀粉分子更易相互作用和复合；通过计算模拟选择和确定微细化淀粉的最适改性剂、增塑剂、增强剂和无机纳米粒子种类，研究成果对发展淀粉类天然高分子材料在有机高分子及其材料改性的应用研究有重要的理论和应用价值，并促进生物降解材料在食品及工业包装材料等高分子材料工业中的应用与发展。主要研究内容与结果如下：.1. 淀粉经微细化处理后，粒径明显下降，表面变得不规则。经偏光显微、IR、DSC及XRD对微细化淀粉MST1、MST2微观结构、热性能及晶体结构研究表明，随微细化程度的提高，淀粉分子内的氢键断裂程度增加，分子表面活性提高、结晶度下降及改性度提高。.2. 增塑剂与淀粉的相互作用模拟.　　模拟了淀粉与乙二醇、丙三醇和三乙醇胺三种增塑剂的径向分布函数。通过淀粉与这三种增塑剂的径向分布函数图可知：乙二醇出现在淀粉分子周围的概率大于甘油和三乙醇胺，表明乙二醇的增塑效果优于甘油和三乙醇胺。.3. 淀粉与PCL、PLA、PHB的相容性. 淀粉与三种增强剂的相互作用参数和混合能均在0到1之间，说明这三种增强剂与淀粉都具有一定的相容性，从大到小依次为starch/PLA共混物、starch/PCL共混物、starch/PHB共混物，即PLA与淀粉相容性最好。.4. 淀粉／纳米SiO2和淀粉／纳米TiO2两种体系总能量的计算。.　　构建了淀粉与纳米SiO2晶面和纳米TiO2晶面米的界面模型，并模拟计算了淀粉／纳米SiO2和淀粉／纳米TiO2两种体系总能量。从体系总能量角度来考虑，淀粉/纳米SiO2体系总能量分布在（53680－211912 kcal/mol）之间，随着超晶格增大，SiO2/淀粉复合体系总能量不断增大，体系变得不稳定，而淀粉/纳米TiO2体系总能量分布在（-52021 －-214972 kcal/mol）之间，且体系总能量不断减小，体系趋向于稳定，所以在淀粉中添加纳米TiO2更有利于体系的稳定。