接枝玉米淀粉的制備及上漿性能研究

陳春升

(南通大學(xué)紡織服裝學(xué)院,江蘇 南通 226019)

1 前言

接枝變性淀粉具有天然淀粉的生物降解性和合成聚合物的優(yōu)良上漿性能，被認(rèn)為是替代PVA的適宜漿料之一。接枝變性淀粉上漿性能的優(yōu)劣與接枝的合成聚合物有著很大的關(guān)系。本實(shí)驗(yàn)采用自制的引發(fā)劑制取接枝玉米淀粉，并對(duì)T/C 65/35混紡紗進(jìn)行上漿試驗(yàn)。

本文創(chuàng)新點(diǎn)有：(1)采用過(guò)硫酸銨與亞硫酸氫鈉為引發(fā)劑。僅用過(guò)硫酸銨作為引發(fā)劑其分解時(shí)活化能較高為140.03 kJ/mol，而以過(guò)硫酸銨與亞硫酸氫鈉組成氧化還原引發(fā)劑引發(fā)時(shí)其活化能較低為41.8 kJ/mol，也就是說(shuō)在相同的條件下，以過(guò)硫酸銨與亞硫酸氫鈉組成氧化還原引發(fā)劑較只用過(guò)硫酸銨為引發(fā)劑容易引發(fā)接枝；(2)選用了超聲波對(duì)酸解淀粉處理，使其淀粉顆粒分散均勻，利于接枝。

2 實(shí)驗(yàn)

2.1 原料與儀器

原料：玉米淀粉(工業(yè)級(jí))、引發(fā)劑(過(guò)硫酸銨和亞硫酸氫鈉)、醋酸乙烯酯、鹽酸、氫氧化鈉。

儀器：JB90-D型電動(dòng)攪拌器(上海金鵬分析儀器有限公司)、冷凝管、溫度計(jì)和帶導(dǎo)氣管的四頸瓶，CS501型恒溫水浴鍋(金壇市友聯(lián)儀器研究所)，KYKY-EM3200型數(shù)字化掃描電子顯微鏡(北京中科科儀技術(shù)發(fā)展有限責(zé)任公司)，CF-200電子天平(恒泰電子設(shè)備有限公司)。

2.2 合成

把50 g玉米淀粉顆粒和250 mL 2.7 mol/L的鹽酸溶液混合，所得懸浮液在45 ℃下以恒定攪拌速度酸解[1]，然后用蒸餾水連續(xù)離心分離，直至呈中性。用超聲波進(jìn)行分散處理，以保證淀粉顆粒均勻分散。

將100 g淀粉分散液(含有3.0 g干淀粉)加入裝有冷凝管的250 mL三口燒瓶中，攪拌下加入自配的引發(fā)劑，預(yù)引發(fā)一段時(shí)間，調(diào)節(jié)接枝反應(yīng)溫度40～90 ℃和pH值在2～10范圍內(nèi)，穩(wěn)定10 min后開(kāi)始滴加8 g醋酸乙烯酯，攪拌，每隔5 min加入一定比例的引發(fā)劑，反應(yīng)2 h后結(jié)束[2]。用氫氧化鈉溶液中和至中性，然后脫水、洗滌、干燥即可得到接枝粗產(chǎn)物。

2.3 提純

稱取約10 g的粗接枝共聚物用索氏提取器，用100 mL丙酮抽提48 h以除去均聚物，回流溫度在75 ℃左右。提取結(jié)束后，取出接枝共聚物，置于恒溫干燥箱中，50 ℃下干燥至恒重，得到純接枝共聚物。

3 結(jié)果與分析

3.1 引發(fā)劑的選擇

采用過(guò)硫酸銨與亞硫酸氫鈉為引發(fā)劑。僅用過(guò)硫酸銨作為引發(fā)劑其分解時(shí)活化能較高為140.03 kJ/mol，而以過(guò)硫酸銨與亞硫酸氫鈉組成氧化還原引發(fā)劑引發(fā)時(shí)其活化能較低為41.8 kJ/mol，也就是說(shuō)在相同的條件下，以過(guò)硫酸銨與亞硫酸氫鈉組成氧化還原引發(fā)劑較只用過(guò)硫酸銨為引發(fā)劑容易引發(fā)接枝。

3.2 接枝共聚物表面特征分析

經(jīng)過(guò)酸化處理的玉米淀粉和接枝后的玉米淀粉掃描電鏡拍攝圖片分別見(jiàn)圖1、圖2。

圖1 酸化處理的玉米淀粉

圖2 接枝玉米淀粉

從圖1看到，玉米淀粉顆粒大小不一，顆粒表面較光滑、規(guī)整，呈多角形及不規(guī)則的鵝卵狀，有些顆粒表面還有針狀小孔。從圖2可見(jiàn)，接枝淀粉表面比較粗糙，顆粒表面沉積著一層聚合物，有的地方還有裂紋，這就表明玉米淀粉經(jīng)過(guò)接枝共聚反應(yīng)后確實(shí)有聚合物接枝到淀粉顆粒上。以往試驗(yàn)中，引發(fā)劑只選用過(guò)硫酸胺，接枝效果不明顯。此外，在試驗(yàn)過(guò)程中，無(wú)使用超聲波，淀粉顆粒往往聚在一起，影響引發(fā)劑對(duì)淀粉顆粒起作用，而在本試驗(yàn)中，選用了過(guò)硫酸胺和亞硫酸氫鈉混合引發(fā)劑，并使用超聲波分散，取得了較好的接枝效果。

3.3 接枝玉米淀粉性能

3.3.1 黏著力

對(duì)接枝變性淀粉漿液的黏著力進(jìn)行測(cè)試[3]，結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 漿液的黏附性能

由表1可看出，接枝變性淀粉漿料的黏附性能和其他目標(biāo)漿料相比，強(qiáng)力和伸長(zhǎng)率均好于目標(biāo)漿料，可見(jiàn)接枝變性淀粉漿料的黏附性能優(yōu)于目標(biāo)漿料。

新配方中采用了自制的接枝淀粉漿料，該漿料使用了過(guò)硫酸銨和亞硫酸氫鈉作為引發(fā)劑，同時(shí)在水浴中，通過(guò)超聲波將淀粉顆粒分散均勻，使得醋酸乙烯酯易于接枝到淀粉顆粒上，從而制得漿紗效果較好的接枝淀粉。

3.3.2 混溶性

一般來(lái)說(shuō)，單一漿料難以滿足經(jīng)紗上漿的要求，需幾種漿料混合使用，這就要求各漿料均具有良好的混溶性。否則混合漿易發(fā)生分解、凝聚現(xiàn)象，導(dǎo)致漿膜均勻性差，機(jī)械性能下降。經(jīng)實(shí)驗(yàn)證明：該接枝淀粉與PVA、丙烯酸類漿料均有極好的混溶性[4]，分散液均勻，可以任意比例混溶，且不分層，不沉淀。同時(shí)，漿液在常溫下超過(guò) 24 h不分層，這為上漿均勻提供了保證。

3.3.3 漿膜的吸濕率

對(duì)制備的接枝淀粉、PVA 1799及丙烯酸類漿料漿膜吸濕率進(jìn)行了測(cè)試，測(cè)得其吸濕率分別為3.5%、12.5%和16.1%。由此可見(jiàn)，接枝淀粉的吸濕率遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于目標(biāo)漿料，不會(huì)吸濕再黏。

3.4 上漿效果

首先，在試驗(yàn)室里采用片紗漿紗機(jī)對(duì)滌/棉65/35 13 tex混紡經(jīng)紗進(jìn)行片紗上漿實(shí)驗(yàn)。上漿工藝參數(shù)如表2所示。

表2 上漿工藝參數(shù)

上漿工藝中的pH值選 7.0。

為了進(jìn)一步說(shuō)明利用接枝淀粉和醋酸酯淀粉漿料替代 PVA作為主體漿料對(duì) T/C 65 /35上漿的可行性，廠方對(duì)以上兩種新舊配方的漿紗性能及織造效果進(jìn)行對(duì)比，新老配方對(duì)T/C 65/35 13 tex紗上漿配方見(jiàn)表3，新舊配方的漿紗性能及織造效果見(jiàn)表4。

表3 新老配方對(duì)T/C(65/35) 13 tex紗上漿配方

表4 新舊配方的漿紗性能及織造效果

由表4可見(jiàn)，新配方的漿紗性能及織造效果均好于原配方，新配方雖無(wú) PVA，但所漿經(jīng)紗的斷頭率很低，因此提高了織造效率，由此證明了新配方完全可以取代有 PVA的配方。

該漿料接枝有較多酯類基團(tuán)，其結(jié)構(gòu)式與滌綸分子結(jié)構(gòu)式分子均是含有大量酯基(—COOR) 的有機(jī)高分子，因而該漿料與滌綸之間的黏附力較好。PVA分子與滌綸之間的作用主要是分子之間的范德華力及少量氫鍵，所以該漿料的黏附力優(yōu)于 PVA。

4 結(jié)論

在自制的接枝玉米淀粉時(shí)，創(chuàng)新選用了過(guò)硫酸銨和亞硫酸氫鈉為引發(fā)劑，同時(shí)采用超聲波對(duì)>酸解淀粉進(jìn)行分散處理，經(jīng)試驗(yàn)證明，接枝淀粉能滿足上漿的需要。

[1]張斌.替代PVA的接枝變性淀粉漿料的研究[D].上海：東華大學(xué)，2005：35-36.

[2]王蕾.接枝淀粉漿料的制備與性能[D].山東：青島大學(xué)，2007:29.

[3]趙其明，崔瑞芳，王文淑，等.變性淀粉漿液黏度的測(cè)試方法研究[J].河北科技大學(xué)紡織學(xué)院學(xué)報(bào)，2002(6)：194.

[4]Louati M，Elachari A，Ghenaim A，Caze C.Graft Copolymerization of Polyester Fibers with a Fluorine-Containing Monomer[J].Textile Research Journal，1999,69(5):381-387.