接枝淀粉研究进展

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   摘 要:鉴于淀粉接枝改性在生产生活中日趋重要的地位和相关研究的日新月异,从接枝物的接枝参数,引发方式,物化性能,表征手段等方面综述了近年来淀粉接枝改性方面的相关研究及其发展趋势。
  
   关键词:接枝淀粉 工艺 性能
  中国是一个农业大国,其淀粉资源相对比较丰富,因而可为淀粉的改性研究提供丰富而廉价的原材料。淀粉具有良好的环境相容性能,符合当今倡导的环保要求,因而其被改性后可做为纸材料的助剂。
  目前,研究最多的是淀粉接枝丙烯酰胺共聚,主要有线形、星形、阳离子、阴离子、两性离子及疏水缔合接枝淀粉絮凝剂等类型。作为天然高分子材料的淀粉,可以通过化学改性赋予其新的独特的性能,而近年来发展较快的一种重要手段和方法是接枝共聚改性。利用淀粉分子与其他合成高分子化合物的基团发生接枝共聚反应所得到的接枝改性淀粉同时具有天然和合成高分子两者的优点,并且性能优异,广泛应用在降解塑料、农业、水处理、纺织、造纸等方面。
  一、接枝淀粉的性能
  淀粉在适当的催化剂存在下,可与丙烯腈、丙烯酰胺、醋酸乙烯、苯乙烯等不饱和单休进行接枝共聚生成接枝淀粉共聚物。常用的催化体系有过硫酸钾/硫脲(KPS-KL)、Fe2+/H2O2、硝酸铈铵等。这种接枝共聚物兼有两种高分子化合物的特性,既提高了淀粉的使用价值又改善了高分子聚合物的性能。
  二、丙烯酸接枝淀粉
  1.制备反应机理
  
  
  
  2.制备方法
  贺倩等[1]用丙烯酸接枝淀粉做为基体,不饱和聚酯酰胺脲树脂为交联剂制备出一种可降解的高吸水性树脂。研究了影响产品吸水率的因素,如:树脂的吸水速率、交联剂的加入量、光固化时间。实验表明,该高吸水性树脂对不同溶液均具有较好的吸收能力,且吸水速度较快。该高吸水性树脂的降解是从表面开始,逐渐向里面降解。桂蕾等[2]使用接枝改性的方法制备出了淀粉-丙烯酸接枝共聚物。通过正交试验得到淀粉接枝物,然后以接枝效果为综合考察指标,最终确定合成的最佳工艺条件为:淀粉与丙烯酸的质量比为1:1,反应温度为80℃,反应时间为1.5h,硝酸铈铵浓度为11mmol/L。在对其进行红外光谱和X衍射等表征后分析发现,淀粉在接枝后的结晶度减小,吸水率升高。
  三、丙烯睛接枝淀
  1.制备的反应机理
  
  
  
  2.制备方法
  杨庆荣等[3]采用硝酸铈铵为引发剂,把丙烯腈接枝在玉米淀粉上制得高吸水树脂,通过正交试验找出最佳工艺条件,最佳工艺条件为:m(淀粉):m(单体)=1:1,m(引发剂):m(单体)=3:100;反应温度为30℃,反应时间为90min。冯庆梅等[4]使用交联剂环氧氯丙烷,接枝单体丙烯腈,合成双变性淀粉离子吸附剂。实验得反应的最佳工艺条件为:交联淀粉10g,c(丙烯腈)=0.7595mol/L,c(硝酸铈铵)0.004mol/L,反应温度40℃,料液比1.0:10.0,反应时间120min。反应得接枝淀粉皂化的最佳条件为:NaOH浓度1mol/L,皂化时间1h。
  四、丙烯酰胺接枝淀粉
  1.制备的反应机理
  
  
  
  
  2.制备方法
  汪建新等[5]选用Fe2+-H2O2为引发体系,合成了丙烯酰胺与淀粉的接枝共聚物。讨论各个因素对接枝共聚反应的影响,通过高岭土悬浮溶液检测了接枝共聚物的絮凝性能。结果表明,接枝聚合物絮凝效果最佳时接枝率为85%,且对高岭土水样的浊度去除率达到80%。费贵强等[6]在碱性介质中,采用木薯淀粉和丙烯腈做为原料,制备了氰乙基淀粉,并以氰乙基淀粉为基础制备了丙烯酰胺接枝氰乙基淀粉反应性增干强剂,通过讨论合成条件优化合成工艺。实验表明:当m(丙烯腈)/m(淀粉)=0.3,w(DMC)=15%,w(AM)=50%,w(NAM)=3%,w(KPS)=0.6%,在加入0.4%左右的增干强剂时,纸张环压强度和抗张强度分别提高37.8%和42.1%。石红锦[7]研究了玉米淀粉接枝丙烯酰胺制备絮凝剂的工艺过程,并对其测定絮凝性能。实验表明:接枝反应适宜的原料为玉米淀粉,淀粉和丙烯酰胺的最佳重量比为1:2.75,最佳引发剂浓度为3×10-3mol/L;温度和pH值对淀粉接枝丙烯酰胺絮凝剂絮凝效果的影响小。
  五、结束语
  虽然淀粉接枝共聚物性能优异,应用广阔,但目前还存在很多问题需要解决,如:现如今广泛使用的接枝共聚方法后处理困难、成本较高;多元接枝过程中对产物结构的控制、接枝共聚物结构与性能的关系等。因此,一方面探索更有效、更实用的接枝共聚方法;一方面加强关于淀粉多元接枝的研究,进一步开拓淀粉接枝共聚物的应用前景,将是淀粉接枝共聚未来研究的重点。参考文献[1] 贺倩,郭文迅.丙烯酸接枝淀粉基可降解紫外光固化高吸水性树脂的制备与性能[J].应用化工,2011,40(3):431-437.[2] 桂蕾,潘丽军,姜绍通等.丙烯酸接枝共聚改性淀粉的制备及其表征[J].农产品加工?学刊,2009(10):75-78.[3] 杨庆荣,黄庭刚.丙烯腈接枝淀粉高吸水树脂的制备[J].化学推进剂与高分子材料,2005,3(4):43-44. [4] 冯庆梅,张玉军,刘彩丽等.交联化淀粉/丙烯腈接枝共聚物的最佳制备工艺条件的研究[J].粮食与饲料工业,2005(4):19-22.[5] 汪建新,赵文琛,李书鹏.Fe2+/H2O2引发丙烯酰胺-淀粉接枝共聚物絮凝剂的制备[J].高师理科学刊,2011,31(3):66-69.[6] 费贵强,沈一丁,王海花等.丙烯酰胺接枝氰乙基淀粉增干強剂的制备及其对纸张的增强作用[J].技术进步,37-40.[7] 石红锦.淀粉接枝丙烯酰胺类絮凝剂的制备及性能研究[J].橡塑技术与装备,2012,38(2):36-38.作者简介:金松亚(1990-),女(回族),河南商丘人,学生,本科生,西北民族大学化工学院化学工程与工艺。
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