淀粉復(fù)合變性及漿紗應(yīng)用性能研究.pdf

1、近年來，隨著人類環(huán)保意識的增強(qiáng)，紡織漿料行業(yè)逐步淘汰非生態(tài)性的化學(xué)合成漿料PVA(聚乙烯醇)已成為必然趨勢，因而可自然降解、性能優(yōu)良的變性淀粉將是漿料未來發(fā)展的主要品種；另一方面，隨著兩高一低(高壓、高濃、低粘)漿紗工藝的推廣，漿料的發(fā)展又將以高濃低粘型漿料為主要方向。在現(xiàn)有的各種紡織漿料中，低粘度羧甲基醚化淀粉具有高濃低粘特性，對棉纖維粘附力強(qiáng)，成膜性能好，易退漿和生物降解，是一種優(yōu)良的紡織漿料。國際知名變性淀粉制造商荷蘭AVEBE公

2、司生產(chǎn)的ASP漿料即屬于這種漿料，在市場上受到青睞。由此，本論文分別以玉米淀粉、芭蕉芋淀粉為原料，通過輻射降解—羧甲基醚化和酸解—羧甲基醚化的復(fù)合變性，以研制新型低粘度羧甲基醚化淀粉漿料。 本論文首次采用γ射線輻射降解與羧甲基醚化相結(jié)合對玉米淀粉復(fù)合變性研制了羧甲基輻射降解淀粉(CMIS)；首次采用酸解與羧甲基醚化相結(jié)合對芭蕉芋淀粉復(fù)合變性研制了羧甲基酸解芭蕉芋淀粉(ZY—CMS)；并對所制得的低粘度羧甲基淀粉醚的性能指標(biāo)及其與

3、漿料性能的關(guān)系進(jìn)行了研究；進(jìn)行了對芭蕉芋淀粉的酸解—羧甲基化工藝生產(chǎn)低粘度羧甲基淀粉醚漿料的中試生產(chǎn)試驗(yàn)；將ZY—CMS成功地應(yīng)用于紡織漿紗，應(yīng)用結(jié)果表明：ZY—CMS可以有效的取代PVA產(chǎn)品技術(shù)指標(biāo)和應(yīng)用效果達(dá)到了國外進(jìn)口漿料ASP的水平。論文還對淀粉羧甲基醚化反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)問題進(jìn)行了深入的分析、探討；此外對玉米淀粉的γ射線輻射降解、以乙醇為反應(yīng)介質(zhì)的羧甲基醚化反應(yīng)、及酸解對芭蕉芋淀粉的影響等進(jìn)行了大量的研究。 第一章為緒論部分

4、。 第二章主要研究了γ射線對玉米淀粉的輻射降解作用，重點(diǎn)討論了輻射劑量對于玉米淀粉的粘度、降解效率以及輻射對玉米淀粉的一些物理和化學(xué)性質(zhì)的影響。研究結(jié)果表明：隨著輻射劑量的增加，粘度迅速下降，γ射線對淀粉降解方便有效；劑量率對淀粉降解有明顯影響，在同一總劑量照射下，低劑量率對淀粉的降解效率大于高劑量率，即在低劑量率、長時(shí)間下的慢照射，淀粉降解效果較好；淀粉的輻射降解過程中伴隨著氧化反應(yīng)，羧基和羰基的生成量隨劑量的增加而升高。劑量

5、在5—10kGy范圍內(nèi)的輻射降解淀粉粘度和粘度熱穩(wěn)定性符合一般漿料要求。淀粉輻射后的酸度增加，白度略有提高，貯存穩(wěn)定性好；通過X—射線衍射分析、DSC分析、Brabendar粘度分析等測試證明輻射降解淀粉的結(jié)晶度和糊化溫度降低；偏光顯微分析和電子掃描分析證明輻射降解淀粉的顆粒形態(tài)沒有明顯變化。 第三章深入研究了在以乙醇為反應(yīng)介質(zhì)的淀粉羧甲基醚化反應(yīng)過程中，影響產(chǎn)物取代度、粘度、透明度和流變性的各種主要因素，包括反應(yīng)溫度和時(shí)間、溶

6、劑與水之比、反應(yīng)浴比等。在低溫下長時(shí)間醚化反應(yīng)，CMS的取代度、粘度和水溶液透明度大于高溫下反應(yīng)產(chǎn)物；在一定范圍內(nèi)隨著反應(yīng)體系中的水含量降低或乙醇與水之比升高，CMS的取代度和粘度逐漸增高，但是其水溶液透明度逐漸下降，流變性俞接近非牛頓流體；影響CMS透明度的因素是反應(yīng)的均勻性；溶劑與水之比最佳范圍為80：20—85：15，反應(yīng)的浴比大，取代度和粘度下降；產(chǎn)物的純度嚴(yán)重影響CMS的粘度；交聯(lián)現(xiàn)象嚴(yán)重降低CMS水溶液的透明度。反應(yīng)體系中水

7、含量或溶劑與水之比是醚化過程最重要控制條件之一，它不僅對產(chǎn)物的取代度、粘度、透明度和流變性等性能有較大影響，還直接決定著整個(gè)反應(yīng)能否正常進(jìn)行，因此對此必須給以足夠重視。 第四章重點(diǎn)研究了淀粉羧甲基醚化反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)問題。通過對大量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析，建立了反應(yīng)速率方程，證明該反應(yīng)速率曲線符合二級反應(yīng)的反應(yīng)動(dòng)力學(xué)特征，求出了不同醚化反應(yīng)溫度下的主、負(fù)反應(yīng)速率常數(shù)。淀粉羧甲基醚化反應(yīng)中，主、副反應(yīng)的反應(yīng)速率常數(shù)與溫度的關(guān)系符合Arrhen

8、ius方程式，并求得主、副反應(yīng)的活化能分別為E1=64.77kJ/mol、E2=87.72kJ/mol。進(jìn)一步證明了低溫下有利于主反應(yīng)的發(fā)生和醚化效率的提高，而高溫下有利于副反應(yīng)。對淀粉羧甲基醚化反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)問題研究尚未發(fā)現(xiàn)有文獻(xiàn)報(bào)道。 第五章研究了玉米淀粉γ射線輻射降解對羧甲基醚化反應(yīng)的影響和反應(yīng)產(chǎn)物CMIS的性能指標(biāo)及其與漿料性能的關(guān)系。隨著輻射劑量的增加，CMIS粘度大幅度降低，CMIS的高濃低粘特征越顯著，其流變性越接近

9、牛頓流體；由于淀粉輻射后結(jié)晶度下降，其醚化反應(yīng)活性隨輻射劑量增加而增大，取代度有所增加。CMIS具有良好的粘度熱穩(wěn)定性，隨著取代度的增加，漿料粘度熱穩(wěn)定性提高；隨著粘度的下降，斷裂強(qiáng)度和斷裂伸長降低；CMIS漿膜性能對環(huán)境濕度比較敏感，在低濕度時(shí)漿膜較硬而脆，斷裂強(qiáng)度大，斷裂伸長率??；在高濕度時(shí)漿膜較柔軟，斷裂強(qiáng)度小，斷裂伸長率變大；漿膜強(qiáng)度在取代度0.2—0.3范圍內(nèi)最大，超過0.3后隨著取代度的增加而減??；漿膜性能隨CMIS純度的增

10、加而改善；漿液pH值在7—9范圍內(nèi)，CMIS漿膜斷裂強(qiáng)度較好，在酸性和較強(qiáng)堿性條件下，CMIS漿膜斷裂強(qiáng)度降低。 第六章研究了采用溶媒一浴法酸解—羧甲基醚化復(fù)合變性工藝，對我國貴州西部地區(qū)特有資源芭蕉芋淀粉改性以研制低粘度醚化淀粉漿料。溶媒一浴法即在同一個(gè)以乙醇為介質(zhì)的反應(yīng)體系中，先進(jìn)行酸解反應(yīng)，然后直接進(jìn)行羧甲基醚化，酸解和羧甲基醚化連續(xù)完成。對乙醇介質(zhì)中芭蕉芋淀粉在鹽酸作用下的酸解進(jìn)行了研究，研究結(jié)果表明：芭蕉芋淀粉酸解后粘

11、度降低，結(jié)晶度增大，糊化溫度下降；酸解淀粉的顆粒表面較原淀粉粗糙，但分子結(jié)構(gòu)沒有明顯變化。重點(diǎn)研究了淀粉酸解對羧甲基醚化反應(yīng)的影響，研究結(jié)果表明：酸解反應(yīng)溫度、時(shí)間和酸量是影響醚化產(chǎn)物粘度的決定因素；同時(shí)隨著酸解程度的增加，由于結(jié)晶度增大的原因降低了酸解淀粉的醚化反應(yīng)活性，產(chǎn)物的取代度略微下降。研制的羧甲基酸解芭蕉芋淀粉ZY—CMS(或稱為復(fù)合變性芭蕉芋淀粉)外觀呈顆粒狀，冷水可溶，漿液清澈透明；測試數(shù)據(jù)表明ZY—CMS具有高濃低粘的特

12、征并具有優(yōu)異的粘度熱穩(wěn)定性，對棉纖維粘著力強(qiáng)，漿膜耐磨性良好，容易退漿，主要漿料性能指標(biāo)與ASP相當(dāng)。漿紗實(shí)驗(yàn)表明ZY—CMS可代替50％PVA，效果良好。ZY—CMS的主要技術(shù)指標(biāo)為：粘度：8±2.5mPa—S：粘度熱穩(wěn)定性：(6％95℃保溫3小時(shí))≥90％PH：7—9：取代度：0.3±0.02：純度：≥90％；干燥減重≤14％。 第七章介紹了利用酸解—羧甲基醚化復(fù)合變性工藝研制ZY—CMS的中試生產(chǎn)和漿紗應(yīng)用試驗(yàn)。中試生產(chǎn)在

13、貴州省紫云縣佳寶芭蕉芋變性淀粉有限公司進(jìn)行。通過多批次車間放大生產(chǎn)試驗(yàn)表明：中試生產(chǎn)運(yùn)行平穩(wěn)，中試產(chǎn)品技術(shù)指標(biāo)與室內(nèi)合成樣品吻合并符合Q/ZBG02-2004企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，產(chǎn)品質(zhì)量達(dá)到了設(shè)計(jì)的預(yù)期目標(biāo)。中試產(chǎn)品經(jīng)吳江西達(dá)紡織有限公司等用戶試用，表明本產(chǎn)品是一種性能優(yōu)良的綠色環(huán)保漿料，可以完全取代進(jìn)口ASP漿料，填補(bǔ)了國內(nèi)空白，市場前景廣闊，經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益顯著。ZY—CMS的研制成功，對支援西部大開發(fā)，對開發(fā)利用芭蕉芋淀粉資源和幫助貴州西部貧