機(jī)械活化強(qiáng)化淀粉接枝改性的研究.pdf

1、淀粉是一種來(lái)源廣泛、價(jià)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(shí)分散性能不好，滲透力差等缺點(diǎn)使應(yīng)用受到限制，淀粉經(jīng)過(guò)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(jìn)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?cè)诟叻肿有跄齽?、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(shí)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(jìn)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(guò)減少淀粉結(jié)晶區(qū)的方法來(lái)提高淀粉的反應(yīng)活性已成為一項(xiàng)極其重要的研究課題。 本文采用自制的攪拌磨對(duì)淀粉進(jìn)行機(jī)械活化，然后將機(jī)械活化淀粉用于淀粉接枝共聚反應(yīng)，采用過(guò)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(jìn)行接枝共聚反應(yīng)，以 G 和 GE 為評(píng)價(jià)指標(biāo)，考察了機(jī)械活化時(shí)間、反應(yīng)時(shí)間、淀粉濃度、引發(fā)劑濃度、單體濃度、反應(yīng)溫度對(duì)其接枝反應(yīng)的影響；并以接枝

3、量 (Gm)為評(píng)價(jià)指標(biāo)，研究了不同活化時(shí)間機(jī)械活化淀粉的接枝共聚反應(yīng)動(dòng)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(duì)接枝產(chǎn)物進(jìn)行了表征。根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果和理論分析，得到如下主要結(jié)論： (1)在同樣實(shí)驗(yàn)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(jiàn)，玉米與木薯淀粉經(jīng)過(guò)機(jī)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(shí)間過(guò)長(zhǎng)，G和GE略有下降，這是由于機(jī)械活化過(guò)度降解所造成。 (2)在實(shí)驗(yàn)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(jí)數(shù)

5、分別為0.49、0.44、0.40，單體反應(yīng)級(jí)數(shù)分別為1.05、0.99、0.87，引發(fā)劑反應(yīng)級(jí)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(jí)數(shù)分別為0.50、0.44、0.46，單體反應(yīng)級(jí)數(shù)分別為1.00、0.94、0.96，引發(fā)劑反應(yīng)級(jí)數(shù)分別為0.50、0.45、0.47，與原淀粉(糊化)進(jìn)行比較，機(jī)械活化淀粉

6、的反應(yīng)級(jí)數(shù)與活化能顯著降低。表明機(jī)械活化對(duì)木薯、玉米淀粉的接枝反應(yīng)有顯著的強(qiáng)化作用，接枝反應(yīng)對(duì)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(qiáng)。 (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(cè)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(wú)定形區(qū)，而且也發(fā)生在結(jié)晶區(qū)，接枝反應(yīng)對(duì)淀