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本文系统地研究了羟乙基淀粉的合成方法与机理、物态性质及产品的应用效果,具体研究工作和创新之处。
本文分别用水媒法和有机溶媒法就玉米淀粉与氯乙醇的醚化反应进行了系统的研究,探讨了碱处理时间与温度,碱、醚化剂用量以及醚化时间和醚化温度对反应取代度的影响。对相转移催化剂催化合成羟乙基淀粉的效果进行了研究,发现相转移催化剂在一定程度上可以提高反应的速率。
对有机溶媒法合成醚化淀粉进行了正交实验设计,正交实验的结果表明在影响反应的各因素中。醚化剂用量影响最大,各因素的影响主次依次为:醚化剂用量、碱用量、反应温度、反应时间。对淀粉经非晶化处理后制成颗粒态淀粉,再分散在在乙醇介质中与氯乙醇进行醚化反应,醚化反应程度有明显的提高,与原淀粉比较,取代度平均提高10.57%。
X衍射及偏光显微对产物结晶结构的研究结果表明,对于低取代,醚化反应主要发生在颗粒的无定形区。当取代度达到0.8左右时,醚化反应不仅发生在无定形区而且发生在结晶区。低取代羟乙基淀粉颗粒的偏光十字清晰,随取代度的增加,羟乙基淀粉颗粒的偏光十字变得模糊,亮度变弱甚至消失。
对羟乙基淀粉的物态性质进行的研究表明。表观粘度随剪切速率的增大而减少,具有假塑性非牛顿流体特有的剪切稀化现象。表观粘度随浓度的增加而迅速增大,剪切速率越低,浓度的变化越大,随温度的提高而降低,羟乙基淀粉的表观粘度在中性或弱碱性条件下比较稳定,羟乙基淀粉糊具有良好的冷稳定性,醚化淀粉的凝胶性均比原淀粉弱,即在冷却过程中稠度增加能力减弱。淀粉经醚化后,凝沉性大大降低,而且随取代度的升高,凝沉性不断减弱。pH值从6.0到9.0起糊粘度没有变化,峰值粘度及峰值温度略有变化。比较几种pH环境,在pH值7.0及9.0处凝胶性、凝沉性弱些。
羟乙基淀粉作为造纸涂布用淀粉的应用研究表明具有优良的保水性能,纸的平滑度、光泽度。完全适合作为造纸用涂布淀粉。
采用红外光谱,核磁共振碳谱,裂解气相色谱质谱联用等技术对产物的结构进行了表征,结果表明:以氯乙醇为醚化剂在淀粉葡萄糖单元上成功引入羟乙基,通过对核磁碳谱峰位进行积分处理得出以下有关淀粉羟乙基取代反应的新观点:对于摩尔取代度为0.9的淀粉,第六位碳原子C<,6>上的羟基是最有反应性的。运用HyperChem 7.0软件,分别采用CNDO传统半经验算法、HF/STO-3G从头算两种方法对淀粉单体进行全优化计算,两种计算方法的计算结果呈相同趋势:与2、3、6位连接的羟基的活性顺序为C<,6>-OH>C<,2>-OH>C<,3>-OH。这一计算结果与核磁碳谱的分析结果是一致的。