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淀粉纳米微粒的分散性研究 摘要：本文对淀粉纳米微粒的分散性能进行了研究。试验考察了超声时间、溶剂类型、溶液pH值和离子强度四个因素。试验表明：最佳超声分散时间为10 min；淀粉纳米微粒分散在DMSO、去离子水和生理盐水中稳定性逐渐降低；在溶液pH值为酸性及弱碱性条件下，纳米粒子更为稳定；低离子强度下，粒径尺寸变化较小，提高NaCl水溶液浓度，淀粉纳米微粒粒径会迅速增加。 关键词：淀粉纳米微粒；分散性；稳定性 基金项目：吉教科合字2016第301号；长春大学国家级科研项目培育项目（2016 JBC26L26） 中图分类号： TS236；TB383 文献标识码： A DOI编号： 10.14025/j.c近年来，纳米微粒的研究备受瞩目。由于其具有小尺寸效应，溶解度高等优势，被广泛应用生物科技领域和污染控制、聚合材料合成等方面1，2。但因纳米微粒具有极大的比表面积效应和较高的表面能特点，在实际应用过程中极易形成二次粒子团聚，粒子尺寸增大甚至使纳米微粒失去所具备的功能。同时，纳米微粒的分散性也会对纳米复合材料的性能带来巨大的影响。因此研究纳米微粒在液相介质中的分散性和稳定性显得尤为重要。 本试验对淀粉纳米微粒的分散性和稳定性进行了研究，考察了超声时间、溶剂类型、溶液pH值和离子强度等因素的影响，为纳米微粒在不同领域的进一步应用提供理论基础。 1 材料与方法 1.1 材料试剂与仪器 试验材料与试剂：玉米淀粉（长春大成玉米淀粉有限公司）；二甲基亚砜（分析纯，北京化工厂）；乙醇（分析纯，北京化工厂）。 主要仪器：高功率数控超声波清洗器（KQ-600KDE 昆山市超声仪器有限公司）；纳米粒径电位分析仪（Nano-ZS90 英国马尔文公司）。 1.2 淀粉纳米微粒制备 浓度10g/L 淀粉二甲基亚砜溶液在沸水浴中保温1h，然后用一次性注射器（内径 0.30mm8mm）吸取 1mL溶液，在磁力搅拌下，逐滴加入 20mL 乙醇中，而后离心去上清液，用乙醇洗涤三次，备用。 2 结果与分析 作为动力学稳定性的高分散系统来说，淀粉纳米微粒分散液的稳定性会受pH值和电解质浓度的影响，某些物理条件的改变还可能发生聚沉作用出现沉淀。超声可有效降低介质中由于表面活性产生粒子团聚的现象。本研究探讨超声时间、不同溶剂、pH值和离子强度四个主要影响因素。 2.1淀粉纳米微粒在溶液中的状态 图1为室温条件下玉米淀粉水溶液（A）、玉米淀粉二甲基亚砜（DMSO）糊液（B）和玉米淀粉纳米微粒水溶液（C）静止不同时间的溶液分散状态。 由图1可以看出原淀粉水溶液静止后极易形成明显的分层，淀粉沉积在底部；淀粉-DMSO 糊液变得澄清透明；淀粉纳米微粒水溶液成为带有蓝色乳光的浊液。 原淀粉不溶于冷水且微粒比重大于水，而出现分层。DMSO可扩散到淀粉基质中，破坏淀粉分子间或分子内的氢键，导致淀粉链慢慢伸展，在搅拌作用下形成均匀澄清淀粉糊液。淀粉纳米微粒可以分散在水溶液中形成稳定的胶体粒子，呈现带有蓝色乳光的浊液。 2.2超声时间对淀粉纳米微粒水溶液分散性的影响 将新制备的淀粉纳米微粒溶于去离子水中制备成 0.1%的水溶液，超声时间对粒子分散性的影响，如图2（A，B）所示。 如图2（A） 所示，淀粉纳米微粒在水溶液中粒径的尺寸随超声时间的延长逐渐变小，当超声时间超过10min 后，粒径变化不明显；由图2（B）可知，峰宽随着超声时间的增加而变窄，而峰的强度逐渐增高，并且粒径分布曲线逐渐向小尺寸粒子方向移动，显然在超声场的作用下，粒子间软团聚的大微粒被分散成小粒子。 2.3不同溶液中的淀粉纳米微粒的分散性 淀粉纳米微粒在溶液的分散性对实际应用十分重要。在室温条件下，以去离子水、DMSO、生理盐水为溶剂将淀粉纳米微粒分别配制成0.1%的溶液，粒径分布曲线，如图3。 由图3可知，淀粉纳米微粒分散在三种不同溶剂中时，有两个峰出现在40nm和250nm附近，还有一处弱峰出现在5m处。溶解分散在DMSO中的淀粉纳米微粒具有最小的粒径尺寸（200.45.672nm），峰宽相对较窄，PDI指数为0.4030.044，其次是生理盐水和去离子水。 由图4可知，将上述三种淀粉纳米微粒悬浮液通过0.45m孔径的水膜对或有机膜进行进一步过滤处理，并比较过滤前后分布曲线。分析可知，位于5m处的峰在过滤后消失，证实了聚集的微粒或灰尘等大粒子被滤除。而250nm左右的峰值向左?瘸鱿肿笠疲?说明滤后悬浮液的平均粒径变小。相对于250nm位置峰强度的增加，40nm处的峰强基本没有变化。Chakraborty等认为250nm附近的峰是由于悬浮液中粒子动态聚集所形成的，并通过实验进一步加以证实。而40nm处形成峰则被学者认为是淀粉微观结构中孤立的小体结构（blocklets）。 2.4 pH值对淀粉纳米微粒溶液稳定特性的影响 将新制备的淀粉纳米微粒溶于用0.1M的盐酸或0.1M的NaOH调节出的不同pH值水溶液中，制备粒子浓度为0.1%的不同溶液，采用超声分散，而后比较淀粉纳米微粒水溶液在不同pH值条件下的粒径变化和电位变化，试验结果如图5。 分散液中粒子的稳定性可通过测定溶液的-电位进行分析。一般而言，溶液越稳定，测得的-电位绝对值也越大。如图5（A），调节溶液的pH值从1.42上升到11.12的过程中，-电位从-0.479mv下降至-5.43mv，且在pH值7时，-电位变化较平缓，可能因为在酸性及中性条件下，淀粉纳米粒子表面带电荷量较少，粒子外双电层的厚度较小，-电位趋于0。热力学表明，当电位接近于0时，静电排斥力与范德华引力相比较小，粒子分散性差粒子易发生聚集或相分离。当pH7时，淀粉分子表面的一定羟基解离，吸引更多的异电离子，静电排斥力大于范德华引力，所以纳米粒子分散更好。从图5（B）可知，在酸性及弱碱性条件下，即pH小于7.74的时候，