1.3　聚多糖納米晶基材料的展望

相比于無機納米粒子，聚多糖納米晶不僅顯示出多種性質和結構，而且還具有許多優點，例如可再生性、低密度、生物相容性和可降解性^［69］。聚多糖納米晶在新型和功能設計材料領域中的應用潛力是無限的，聚多糖納米晶在基質中的結構包括定向、三維網絡結構和界面結構，也就是界面相互作用，它是實現納米復合材料高性能和功能的關鍵因素。盡管可利用溶膠-凝膠法使得基質能繼承纖維素納米晶在懸浮液中的手性向列結構^［70］，但是為了發展更多的納米復合材料體系和拓寬其應用范圍，還是要創新聚多糖納米晶在材料領域的應用技術。由聚多糖納米晶之間強的氫鍵作用形成的剛性的三維網絡結構有利于增強得到的納米復合材料，然而通常在溶液共混體系中能夠形成這種網絡結構，在熔融共混體系和填充表面改性的聚多糖納米晶的納米復合材料的體系中未能形成該網絡結構。正如前面所提到的，聚多糖納米晶在懸浮液中能排列成手性向列結構。聚多糖納米晶/溶劑、聚多糖納米晶/聚合物、聚合物/溶劑間的相互作用和在蒸發過程中聚多糖納米晶之間相互作用以及當聚合物基質在懸浮液中與聚多糖納米晶共混時聚多糖納米晶形成的三維網絡結構均是值得研究的方向。這可能有助于研究調控聚多糖納米晶在基質中的分散與分布方法的發展。在熔融復合過程中聚多糖納米晶不能形成三維網絡結構主要是因為在剪切力作用下聚多糖納米晶之間相互作用的減弱和在相對較高的熔體黏度下聚多糖納米晶的自由度較低。依靠相似的親水/疏水特性和聚多糖納米晶表面與基質間形成的物理相互作用/共價鍵接形成強的界面相互作用，預計在納米復合材料中會充分發揮出聚多糖納米晶的增強功能。在聚多糖納米晶表面接枝長鏈形成的共連續結構有助于其與基質充分纏結和形成多位點的相互作用，從而極大地促進聚多糖納米晶與基質間的相容性。此外，分散的聚多糖納米晶可充當交聯中心與基質形成多共價鍵接，從而可得到一種星型網絡結構。這種結構有利于應力傳遞，增強了納米復合材料的力學性能。在這種情況下，聚多糖納米晶的表面改性變得必不可少，尤其是其化學改性豐富了聚多糖納米晶表面羥基的作用。另一方面，眾多改性方法表明聚多糖納米晶表面化學改性導致了三維網絡結構的缺失，這主要是由于改性的組分抑制了聚多糖納米晶之間氫鍵的形成。因此，在實現聚多糖納米晶三維網絡結構構造的同時通過設計一種改性的分子結構和調控聚多糖納米晶表面的修飾程度，從而提供能形成氫鍵的官能基團以及表現出類似于基質的親水/疏水性質來提高聚多糖納米晶與基質的界面相容性。到目前為止，聚多糖納米晶納米復合材料的基礎研究產生了深遠影響，并且聚多糖納米晶在功能材料方面應用的探索也取得了巨大的進展。然而，還存在兩個因素限制了聚多糖納米晶基復合材料的大規模應用：一是聚多糖納米晶高產率、高效率的“綠色”提取技術；二是聚多糖納米晶基材料的工業化生產。隨著許多物理和生物技術的應用，聚多糖納米晶的提取時間相對縮短，產率有了極大的提高。而且，聚多糖納米晶的表面改性提高了其熱穩定性，從而對其滿足熱加工的要求和促進與更多聚合物基質的相容性方面具有重要的積極效果。此外，原位增容的方法進一步簡化了納米復合材料的制備過程。總而言之，聚多糖納米晶基材料應用的發展和拓展很大程度上取決于突破下面的科學理論和關鍵技術：①聚多糖納米晶表面的結構設計和改性方法；②具有較高性能和新的功能，對聚多糖納米晶填充改性的納米復合材料進行結構設計和調控；③與規模化聚多糖納米晶和其材料相匹配的工業技術。