澱粉是植物儲備能量的方式，主要存在於植物的種子、根、莖和果實中， 是地球蘊藏量豐富僅次於纖維素(Cellulose)的天然有機化合物。目前全世界每年生產的澱粉約為12 億噸，主要來自於玉米、小麥、木薯、馬鈴薯等，其中玉米年產值約為5 億5,000 萬噸。而工業玉米澱粉年需求量約5,000 萬噸，約占總產量的9% ，主要用於食品業（食品之增稠、乳化、充填、保水等）、醫藥業、紡織業紡紗上漿漿料、織品之印染等、造紙業（紙（木）纖維的黏結、添加，以及紙面的施膠、塗佈等）、塑膠業（生物可分解塑膠之開發），以及其他行業（如建築塗料、建材膠黏劑等）。
天然的澱粉材料包含兩種成份，根據分子的結構可分為Amylose 和Amylopectin兩種，如圖一所示。其中的差異在於葡萄糖鍵結時， Amylose 的葡萄糖是接在第四個碳上而形成α-(1-4)鍵結(α-(1-4)linkage)的直鏈結構；另外的Amylopectin 則是鍵結在側支鏈，形成α-(1-6)鍵結(α-(1-6)linkage)的支鏈結構。澱粉因為末端支鏈澱粉形成螺旋結晶結構，所以在自然界中以分離的顆粒存在。而澱粉顆粒表面含有大量的羥基，並形成強的氫鍵，使其表現出強烈的親水特性(Hydrophilic)。
澱粉做為塑膠之添加劑(Starch as Filler)
由於原澱粉顆粒分子間存在的強氫鍵作用，使其難以進行熔融加工，無法如同一般可塑性塑膠材料使用熱塑加工。因此，過去澱粉被當作塑膠的填充劑(Filler)，添加於一般塑膠來降低成本和增加材料之剛性。故早期於塑膠工業的應用，澱粉被當作一種天然的補強劑，添加在傳統的聚烯烴 (Polyolefin)塑膠中。當這些添加澱粉的聚烯烴薄膜曝露在土壤中，由於澱粉的存在，可被分解成小碎片，若進一步配合光分解劑的使用，可使其完全解體。如在聚乙烯高分子中添加澱粉顆粒，可應用於農業膜(Mulch Film)和塑膠袋，由於親水性的澱粉與親油性的聚烯烴相容性並不佳，且考慮到產品的機械性能，通常澱粉添加量並不高，約在6~15% 。根據勞倫斯澱粉技術(St.Lawrence Starch Technology)，普通的玉米澱粉若乾燥到只剩1% 的水含量，並以矽烷偶聯劑(Silane)處理後，可增進其和疏水性高分子的相容性。
圖一、(a) Amylose 及(b) Amylopectin 之澱粉分子結構
澱粉塑膠(Starch Plastics)
原澱粉具有親水性、脆性(Brittleness)等不利於產品應用之缺點，再者其熔點高於熱分解溫度，使熱加工性能不佳，若要克服上述問題，需對澱粉進行改質包括化學、熱或機械等方式。隨著澱粉塑膠技術的精進，澱粉塑膠被視為最有潛力取代傳統的石化塑膠的生物基塑膠。目前的技術發展已可將具生物可分解的熱可塑澱粉(Thermoplastic Starch)研製成農業膜或緩衝材(Loose Fills)，進一步透過與其他高分子的共混練技術，可製成不同特性與等級的高分子材料，其應用範圍相當廣泛，目前澱粉塑膠是生物基高分子(Biomass Polymer)市場中重要的高分子之一。在歐洲方面，澱粉塑膠的年產能在2003 年為3 萬公噸，2007 年則攀升至15.8 萬公噸，平均每年成長率約50% 。
圖四、Mater-Bi 技術－液滴狀結構
澱粉複合材料(Starch Composites)
澱粉複合材料是由天然澱粉或熱可塑澱粉(TPS)和一個或一個以上的材料所組成，具有與個別材料顯著不同的物理或化學特性。PaperFoam® 屬於此類型的產品，主要的材料為馬鈴薯澱粉、紙纖維（原木漿）和添加劑，藉由一個簡單的注射成型製程生產產品。在PaperFoam® 的材料組成中，澱粉約占70% 、紙纖維為20% ，其餘是添加劑，它是一個具生物可分解的產品，亦可回收到紙板與紙箱類。相對於澱粉塑膠而言，澱粉複合材料的市場較小且投入的公司並不多。然而，它是一個快速發展的產業，主要應用領域聚焦於替代耐久塑膠---以上內容為重點摘錄，如欲詳全文請見原文
作者：廖聖茹 / 工研院材化所
★本文節錄自「工業材料雜誌295期」，更多資料請見：https://www.materialsnet.com.tw/DocView.aspx?id=9466