接枝玉米淀粉的制备及上浆性能研究

陈春升

(南通大学纺织服装学院,江苏 南通 226019)

1 前言

接枝变性淀粉具有天然淀粉的生物降解性和合成聚合物的优良上浆性能，被认为是替代PVA的适宜浆料之一。接枝变性淀粉上浆性能的优劣与接枝的合成聚合物有着很大的关系。本实验采用自制的引发剂制取接枝玉米淀粉，并对T/C 65/35混纺纱进行上浆试验。

本文创新点有：(1)采用过硫酸铵与亚硫酸氢钠为引发剂。仅用过硫酸铵作为引发剂其分解时活化能较高为140.03 kJ/mol，而以过硫酸铵与亚硫酸氢钠组成氧化还原引发剂引发时其活化能较低为41.8 kJ/mol，也就是说在相同的条件下，以过硫酸铵与亚硫酸氢钠组成氧化还原引发剂较只用过硫酸铵为引发剂容易引发接枝；(2)选用了超声波对酸解淀粉处理，使其淀粉颗粒分散均匀，利于接枝。

2 实验

2.1 原料与仪器

原料：玉米淀粉(工业级)、引发剂(过硫酸铵和亚硫酸氢钠)、醋酸乙烯酯、盐酸、氢氧化钠。

仪器：JB90-D型电动搅拌器(上海金鹏分析仪器有限公司)、冷凝管、温度计和带导气管的四颈瓶，CS501型恒温水浴锅(金坛市友联仪器研究所)，KYKY-EM3200型数字化扫描电子显微镜(北京中科科仪技术发展有限责任公司)，CF-200电子天平(恒泰电子设备有限公司)。

2.2 合成

把50 g玉米淀粉颗粒和250 mL 2.7 mol/L的盐酸溶液混合，所得悬浮液在45 ℃下以恒定搅拌速度酸解[1]，然后用蒸馏水连续离心分离，直至呈中性。用超声波进行分散处理，以保证淀粉颗粒均匀分散。

将100 g淀粉分散液(含有3.0 g干淀粉)加入装有冷凝管的250 mL三口烧瓶中，搅拌下加入自配的引发剂，预引发一段时间，调节接枝反应温度40～90 ℃和pH值在2～10范围内，稳定10 min后开始滴加8 g醋酸乙烯酯，搅拌，每隔5 min加入一定比例的引发剂，反应2 h后结束[2]。用氢氧化钠溶液中和至中性，然后脱水、洗涤、干燥即可得到接枝粗产物。

2.3 提纯

称取约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，回流温度在75 ℃左右。提取结束后，取出接枝共聚物，置于恒温干燥箱中，50 ℃下干燥至恒重，得到纯接枝共聚物。

3 结果与分析

3.1 引发剂的选择

采用过硫酸铵与亚硫酸氢钠为引发剂。仅用过硫酸铵作为引发剂其分解时活化能较高为140.03 kJ/mol，而以过硫酸铵与亚硫酸氢钠组成氧化还原引发剂引发时其活化能较低为41.8 kJ/mol，也就是说在相同的条件下，以过硫酸铵与亚硫酸氢钠组成氧化还原引发剂较只用过硫酸铵为引发剂容易引发接枝。

3.2 接枝共聚物表面特征分析

经过酸化处理的玉米淀粉和接枝后的玉米淀粉扫描电镜拍摄图片分别见图1、图2。

图1 酸化处理的玉米淀粉

图2 接枝玉米淀粉

从图1看到，玉米淀粉颗粒大小不一，颗粒表面较光滑、规整，呈多角形及不规则的鹅卵状，有些颗粒表面还有针状小孔。从图2可见，接枝淀粉表面比较粗糙，颗粒表面沉积着一层聚合物，有的地方还有裂纹，这就表明玉米淀粉经过接枝共聚反应后确实有聚合物接枝到淀粉颗粒上。以往试验中，引发剂只选用过硫酸胺，接枝效果不明显。此外，在试验过程中，无使用超声波，淀粉颗粒往往聚在一起，影响引发剂对淀粉颗粒起作用，而在本试验中，选用了过硫酸胺和亚硫酸氢钠混合引发剂，并使用超声波分散，取得了较好的接枝效果。

3.3 接枝玉米淀粉性能

3.3.1 黏着力

对接枝变性淀粉浆液的黏着力进行测试[3]，结果见表1。

表1 浆液的黏附性能

由表1可看出，接枝变性淀粉浆料的黏附性能和其他目标浆料相比，强力和伸长率均好于目标浆料，可见接枝变性淀粉浆料的黏附性能优于目标浆料。

新配方中采用了自制的接枝淀粉浆料，该浆料使用了过硫酸铵和亚硫酸氢钠作为引发剂，同时在水浴中，通过超声波将淀粉颗粒分散均匀，使得醋酸乙烯酯易于接枝到淀粉颗粒上，从而制得浆纱效果较好的接枝淀粉。

3.3.2 混溶性

一般来说，单一浆料难以满足经纱上浆的要求，需几种浆料混合使用，这就要求各浆料均具有良好的混溶性。否则混合浆易发生分解、凝聚现象，导致浆膜均匀性差，机械性能下降。经实验证明：该接枝淀粉与PVA、丙烯酸类浆料均有极好的混溶性[4]，分散液均匀，可以任意比例混溶，且不分层，不沉淀。同时，浆液在常温下超过 24 h不分层，这为上浆均匀提供了保证。

3.3.3 浆膜的吸湿率

对制备的接枝淀粉、PVA 1799及丙烯酸类浆料浆膜吸湿率进行了测试，测得其吸湿率分别为3.5%、12.5%和16.1%。由此可见，接枝淀粉的吸湿率远远小于目标浆料，不会吸湿再黏。

3.4 上浆效果

首先，在试验室里采用片纱浆纱机对涤/棉65/35 13 tex混纺经纱进行片纱上浆实验。上浆工艺参数如表2所示。

表2 上浆工艺参数

上浆工艺中的pH值选 7.0。

为了进一步说明利用接枝淀粉和醋酸酯淀粉浆料替代 PVA作为主体浆料对 T/C 65 /35上浆的可行性，厂方对以上两种新旧配方的浆纱性能及织造效果进行对比，新老配方对T/C 65/35 13 tex纱上浆配方见表3，新旧配方的浆纱性能及织造效果见表4。

表3 新老配方对T/C(65/35) 13 tex纱上浆配方

表4 新旧配方的浆纱性能及织造效果

由表4可见，新配方的浆纱性能及织造效果均好于原配方，新配方虽无 PVA，但所浆经纱的断头率很低，因此提高了织造效率，由此证明了新配方完全可以取代有 PVA的配方。

该浆料接枝有较多酯类基团，其结构式与涤纶分子结构式分子均是含有大量酯基(—COOR) 的有机高分子，因而该浆料与涤纶之间的黏附力较好。PVA分子与涤纶之间的作用主要是分子之间的范德华力及少量氢键，所以该浆料的黏附力优于 PVA。

4 结论

在自制的接枝玉米淀粉时，创新选用了过硫酸铵和亚硫酸氢钠为引发剂，同时采用超声波对>酸解淀粉进行分散处理，经试验证明，接枝淀粉能满足上浆的需要。

[1]张斌.替代PVA的接枝变性淀粉浆料的研究[D].上海：东华大学，2005：35-36.

[2]王蕾.接枝淀粉浆料的制备与性能[D].山东：青岛大学，2007:29.

[3]赵其明，崔瑞芳，王文淑，等.变性淀粉浆液黏度的测试方法研究[J].河北科技大学纺织学院学报，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.