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接枝变性淀粉浆料研究和应用的探讨

来源:东华大学 发布时间:2010年01月11日

经纱上浆是纺织生产的一道重要加工工序,直接影响织机效率和产品质量。经纱上浆中所用的浆料主要有淀粉、PVA和丙烯酸类浆料三大类。“少用或不用PVA”已成为浆料发展趋势之一。接枝变性淀粉被认为是替代PVA的适宜浆料之一。许多浆料生产厂和应用厂都比较关注与接枝变性淀粉相关的一些情况。本文将对接枝变性淀粉浆料研究和应用中的一些问题进行初浅探讨,以便更好地研发和应用接枝变性淀粉浆料,完成替代PVA的重要历史使命。

1 接枝变性淀粉的结构和性能特点

1.1 接枝变性淀粉的结构

接枝变性淀粉,或称为接枝共聚淀粉,是淀粉化学改性的一种,它是以淀粉为原料,在其大分子链上接枝一些其它聚合物,使得价格低廉、来源广泛、易生物降解的天然淀粉与应用性能优良的合成聚合物接合在一起,相互取长补短,从而提高淀粉的使用价值及扩大应用范围。接枝淀粉的分子结构模型可用下式表示:

式中:AGU—葡萄糖剩基 M—接枝上的合成聚合物链节。

到目前为止,M多为烯类单体,根据产品的不同用途选用不同的烯类单体。

1.2 接枝变性淀粉的性能特点

接枝变性淀粉的主链是淀粉大分子,在其上有多个位置参与接枝点的形成,尤其在高接枝密度时,接枝点大量接有支链,使得主链的性质发生显著改变。接枝变性淀粉不仅具有淀粉和支链聚合物的综合性能,还常常具备它们所没有的引人注目的特殊性能,在性质上不是两种均聚物的简单加和。对接枝变性淀粉浆料而言,主要表现在对成膜性、粘附性、混溶性和凝胶性的改善方面。

经过20多年的争论和研究,经纱上浆的主要目的是耐磨和贴伏毛羽。在织造过程中,被覆于纱线表面的浆膜是摩擦力的主要承受者,耐磨性能是浆料粘附力及浆膜强伸度的综合表现,它不仅要求浆料有较好的粘附性能,而且要有较好的成膜性能。贴伏毛羽是通过浆料将经纱上的毛羽粘附于经纱表面,要求浆料对纤维有良好的粘附性能。因此为了提高经纱的耐磨

性能和贴伏毛羽,要求浆料不但有良好的成膜能力,而且有与纱线纤维良好的粘附能力。不难看出粘附性和成膜性是浆料的两个主要性能,它们与浆纱质量有着密切关系,是上浆工艺中两个重要影响因素。接枝变性淀粉在淀粉大分子链上引入了接枝支链,由于接枝支链具有一定聚合度,它的存在降低了淀粉大分子链堆砌的规整性,导致分子间堆积松散;另外,接枝支链一般由玻璃化温度较低的柔性单体聚合而成,使得接枝变性淀粉的玻璃化温度降低,柔性增加。因此淀粉接枝变性可以提高浆膜的柔韧性,大大改善淀粉浆料的成膜性。接枝支链可以由多种烯类单体同时或分别与淀粉进行接枝共聚而得,能够根据需要,应用相似相容的原理,进行合理设计,可望获得对上浆纤维具有较强的粘着性能和适应性能,因而适宜的单体接枝到淀粉大分子链中,可以大大提高淀粉浆料的粘附性。

淀粉大分子链中羟基较多,增加了分子内和分子间形成氢键的可能性,致使淀粉易出现凝胶现象。接枝支链的引入,消耗了一部分羟基;另外,接枝支链使淀粉大分子排列松散,增大了大分子链之间的距离,对分子链间氢键的重新缔合具有较强的抑制作用。因此,淀粉经接枝变性处理,大幅度降低了浆液的凝胶现象。接枝变性淀粉由于淀粉主链和聚合物支链的存在,在结构上与表面活性剂的两亲结构相似,具有一定的乳化功能,可以改善浆液的混溶性。

另外,接枝变性适合淀粉多重变性的发展要求。在淀粉大分子中引入一些官能团是淀粉变性的方法之一,一般只发生在活性较高的葡萄糖剩基中第6位羟基上。淀粉接枝共聚反应产生自由基的部位不少是非接枝变性中难以应用的葡萄糖剩基中第2、第3位的羟基,不会占据第6位的羟基,也即淀粉接枝变性对淀粉非接枝变性的影响不大,因而非接枝变性的淀粉仍然可以进行接枝变性,或者接枝变性的淀粉仍然可以进行非接枝变性处理。因而接枝变性适合淀粉多重变性的发展要求,可以与其它变性方法共同应用,以提高淀粉性能。


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