機械活化強化淀粉接枝改性的研究.pdf

1、淀粉是一種來源廣泛、價格低廉、可完全降解的天然高分子物質(zhì)。原淀粉由于力學(xué)性能差，低溫時分散性能不好，滲透力差等缺點使應(yīng)用受到限制，淀粉經(jīng)過物理或化學(xué)方法引發(fā)，與丙烯腈、丙烯酰胺和丙烯酸等單體進行接枝共聚反應(yīng)，形成淀粉接枝共聚物，從而可以制得不同性能的產(chǎn)品，它們在高分子絮凝劑、高吸水材料、造紙工業(yè)助劑、油田化學(xué)材料，可降解地膜以及塑料等多方面的實際應(yīng)用中具有優(yōu)異的性能。然而由于原淀粉具有半結(jié)晶的顆粒結(jié)構(gòu)，結(jié)晶區(qū)的存在使得接枝反應(yīng)只能在淀粉

2、表面進行，導(dǎo)致難以制備高接枝率(G)和高接枝效率(GE)的產(chǎn)物。因此，研究如何通過減少淀粉結(jié)晶區(qū)的方法來提高淀粉的反應(yīng)活性已成為一項極其重要的研究課題。 本文采用自制的攪拌磨對淀粉進行機械活化，然后將機械活化淀粉用于淀粉接枝共聚反應(yīng)，采用過硫酸銨和亞硫酸氫鈉為復(fù)合引發(fā)劑、丙烯酰胺為單體進行接枝共聚反應(yīng)，以 G 和 GE 為評價指標(biāo)，考察了機械活化時間、反應(yīng)時間、淀粉濃度、引發(fā)劑濃度、單體濃度、反應(yīng)溫度對其接枝反應(yīng)的影響；并以接枝

3、量 (Gm)為評價指標(biāo)，研究了不同活化時間機械活化淀粉的接枝共聚反應(yīng)動力學(xué)；采用紅外光譜 (FTIR)、差示掃描(DSC)、X-射線衍射 (XRD)和掃描電鏡 (SEM)對接枝產(chǎn)物進行了表征。根據(jù)實驗結(jié)果和理論分析，得到如下主要結(jié)論： (1)在同樣實驗條件下，玉米原淀粉(糊化)及活化30、60min的淀粉的接枝反應(yīng)G分別為93.68、108.60和143.71％，GE分別為58.93、62.67和86.27％；木薯原淀粉(糊化)

4、及活化30、60min的淀粉的G分別為84.90、134.01和111.94％，GE分別48.36、82.61和71.36％，由此可見，玉米與木薯淀粉經(jīng)過機械活化預(yù)處理后其反應(yīng)活性明顯提高；但木薯淀粉活化時間過長，G和GE略有下降，這是由于機械活化過度降解所造成。 (2)在實驗條件下，玉米原淀粉及活化30、60min淀粉接枝反應(yīng)的表觀活化能(E<,g>)分別為34.92、31.26、17.38kJ·mol<'-1>，淀粉反應(yīng)級數(shù)

5、分別為0.49、0.44、0.40，單體反應(yīng)級數(shù)分別為1.05、0.99、0.87，引發(fā)劑反應(yīng)級數(shù)分別為0.50、0.46、0.39；木薯原淀粉及活化30、60min淀粉接枝反應(yīng)的E<,g>分別為36.33、22.86、24.61 KJ·mol<'-1>，淀粉反應(yīng)級數(shù)分別為0.50、0.44、0.46，單體反應(yīng)級數(shù)分別為1.00、0.94、0.96，引發(fā)劑反應(yīng)級數(shù)分別為0.50、0.45、0.47，與原淀粉(糊化)進行比較，機械活化淀粉

6、的反應(yīng)級數(shù)與活化能顯著降低。表明機械活化對木薯、玉米淀粉的接枝反應(yīng)有顯著的強化作用，接枝反應(yīng)對反應(yīng)溫度、單體濃度、引發(fā)劑濃度等依賴性降低，反應(yīng)活性顯著增強。 (3)紅外光譜(FTIR)分析表明丙烯酰胺已成功參與了淀粉的接枝共聚反應(yīng)；差示掃描 (DSC)測試表明，隨著 G 的增加，淀粉接枝物的熱穩(wěn)定性顯著提高，結(jié)晶度降低；x-射線衍射(XRD)和掃描電鏡(SEM)研究表明接枝反應(yīng)不僅發(fā)生在無定形區(qū)，而且也發(fā)生在結(jié)晶區(qū)，接枝反應(yīng)對淀