1.3　聚多糖纳米晶基材料的展望

相比于无机纳米粒子，聚多糖纳米晶不仅显示出多种性质和结构，而且还具有许多优点，例如可再生性、低密度、生物相容性和可降解性^［69］。聚多糖纳米晶在新型和功能设计材料领域中的应用潜力是无限的，聚多糖纳米晶在基质中的结构包括定向、三维网络结构和界面结构，也就是界面相互作用，它是实现纳米复合材料高性能和功能的关键因素。尽管可利用溶胶-凝胶法使得基质能继承纤维素纳米晶在悬浮液中的手性向列结构^［70］，但是为了发展更多的纳米复合材料体系和拓宽其应用范围，还是要创新聚多糖纳米晶在材料领域的应用技术。由聚多糖纳米晶之间强的氢键作用形成的刚性的三维网络结构有利于增强得到的纳米复合材料，然而通常在溶液共混体系中能够形成这种网络结构，在熔融共混体系和填充表面改性的聚多糖纳米晶的纳米复合材料的体系中未能形成该网络结构。正如前面所提到的，聚多糖纳米晶在悬浮液中能排列成手性向列结构。聚多糖纳米晶/溶剂、聚多糖纳米晶/聚合物、聚合物/溶剂间的相互作用和在蒸发过程中聚多糖纳米晶之间相互作用以及当聚合物基质在悬浮液中与聚多糖纳米晶共混时聚多糖纳米晶形成的三维网络结构均是值得研究的方向。这可能有助于研究调控聚多糖纳米晶在基质中的分散与分布方法的发展。在熔融复合过程中聚多糖纳米晶不能形成三维网络结构主要是因为在剪切力作用下聚多糖纳米晶之间相互作用的减弱和在相对较高的熔体黏度下聚多糖纳米晶的自由度较低。依靠相似的亲水/疏水特性和聚多糖纳米晶表面与基质间形成的物理相互作用/共价键接形成强的界面相互作用，预计在纳米复合材料中会充分发挥出聚多糖纳米晶的增强功能。在聚多糖纳米晶表面接枝长链形成的共连续结构有助于其与基质充分缠结和形成多位点的相互作用，从而极大地促进聚多糖纳米晶与基质间的相容性。此外，分散的聚多糖纳米晶可充当交联中心与基质形成多共价键接，从而可得到一种星型网络结构。这种结构有利于应力传递，增强了纳米复合材料的力学性能。在这种情况下，聚多糖纳米晶的表面改性变得必不可少，尤其是其化学改性丰富了聚多糖纳米晶表面羟基的作用。另一方面，众多改性方法表明聚多糖纳米晶表面化学改性导致了三维网络结构的缺失，这主要是由于改性的组分抑制了聚多糖纳米晶之间氢键的形成。因此，在实现聚多糖纳米晶三维网络结构构造的同时通过设计一种改性的分子结构和调控聚多糖纳米晶表面的修饰程度，从而提供能形成氢键的官能基团以及表现出类似于基质的亲水/疏水性质来提高聚多糖纳米晶与基质的界面相容性。到目前为止，聚多糖纳米晶纳米复合材料的基础研究产生了深远影响，并且聚多糖纳米晶在功能材料方面应用的探索也取得了巨大的进展。然而，还存在两个因素限制了聚多糖纳米晶基复合材料的大规模应用：一是聚多糖纳米晶高产率、高效率的“绿色”提取技术；二是聚多糖纳米晶基材料的工业化生产。随着许多物理和生物技术的应用，聚多糖纳米晶的提取时间相对缩短，产率有了极大的提高。而且，聚多糖纳米晶的表面改性提高了其热稳定性，从而对其满足热加工的要求和促进与更多聚合物基质的相容性方面具有重要的积极效果。此外，原位增容的方法进一步简化了纳米复合材料的制备过程。总而言之，聚多糖纳米晶基材料应用的发展和拓展很大程度上取决于突破下面的科学理论和关键技术：①聚多糖纳米晶表面的结构设计和改性方法；②具有较高性能和新的功能，对聚多糖纳米晶填充改性的纳米复合材料进行结构设计和调控；③与规模化聚多糖纳米晶和其材料相匹配的工业技术。