接枝玉米淀粉的制備及上漿性能研究

陳春升

(南通大學紡織服裝學院,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良上漿性能，被認為是替代PVA的適宜漿料之一。接枝變性淀粉上漿性能的優劣與接枝的合成聚合物有著很大的關系。本實驗采用自制的引發劑制取接枝玉米淀粉，并對T/C 65/35混紡紗進行上漿試驗。

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

2 實驗

2.1 原料與儀器

原料：玉米淀粉(工業級)、引發劑(過硫酸銨和亞硫酸氫鈉)、醋酸乙烯酯、鹽酸、氫氧化鈉。

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

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]，然后用蒸餾水連續離心分離，直至呈中性。用超聲波進行分散處理，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劑，預引發一段時間，調節接枝反應溫度40～90 ℃和pH值在2～10范圍內，穩定10 min后開始滴加8 g醋酸乙烯酯，攪拌，每隔5 min加入一定比例的引發劑，反應2 h后結束[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 結果與分析

3.1 引發劑的選擇

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

3.2 接枝共聚物表面特征分析

經過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、規整，呈多角形及不規則的鵝卵狀，有些顆粒表面還有針狀小孔。從圖2可見，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過接枝共聚反應后確實有聚合物接枝到淀粉顆粒上。以往試驗中，引發劑只選用過硫酸胺，接枝效果不明顯。此外，在試驗過程中，無使用超聲波，淀粉顆粒往往聚在一起，影響引發劑對淀粉顆粒起作用，而在本試驗中，選用了過硫酸胺和亞硫酸氫鈉混合引發劑，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

對接枝變性淀粉漿液的黏著力進行測試[3]，結果見表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漿料相比，強力和伸長率均好于目標漿料，可見接枝變性淀粉漿料的黏附性能優于目標漿料。

新配方中采用了自制的接枝淀粉漿料，該漿料使用了過硫酸銨和亞硫酸氫鈉作為引發劑，同時在水浴中，通過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

一般來說，單一漿料難以滿足經紗上漿的要求，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。否則混合漿易發生分解、凝聚現象，導致漿膜均勻性差，機械性能下降。經實驗證明：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，漿液在常溫下超過 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

對制備的接枝淀粉、PVA 1799及丙烯酸類漿料漿膜吸濕率進行了測試，測得其吸濕率分別為3.5%、12.5%和16.1%。由此可見，接枝淀粉的吸濕率遠遠小于目標漿料，不會吸濕再黏。

3.4 上漿效果

首先，在試驗室里采用片紗漿紗機對滌/棉65/35 13 tex混紡經紗進行片紗上漿實驗。上漿工藝參數如表2所示。

表2 上漿工藝參數

上漿工藝中的pH值選 7.0。

為了進一步說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 T/C 65 /35上漿的可行性，廠方對以上兩種新舊配方的漿紗性能及織造效果進行對比，新老配方對T/C 65/35 13 tex紗上漿配方見表3，新舊配方的漿紗性能及織造效果見表4。

表3 新老配方對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，新配方的漿紗性能及織造效果均好于原配方，新配方雖無 PVA，但所漿經紗的斷頭率很低，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，其結構式與滌綸分子結構式分子均是含有大量酯基(—COOR) 的有機高分子，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于 PVA。

4 結論

在自制的接枝玉米淀粉時，創新選用了過硫酸銨和亞硫酸氫鈉為引發劑，同時采用超聲波對>酸解淀粉進行分散處理，經試驗證明，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，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，2007:29.

[3]趙其明，崔瑞芳，王文淑，等.變性淀粉漿液黏度的測試方法研究[J].河北科技大學紡織學院學報，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.