机械活化玉米淀粉与苯乙烯接枝共聚的研究

论文摘要

随着石油资源的日益匮乏,如何从深度和广度开发和应用淀粉资源已成为国内外学者普遍关注的课题,淀粉以其来源广泛,价格低廉,可再生性强,环境污染较小等优点受到人们广泛重视。然而由于原淀粉具有半结晶的颗粒结构,结晶区分子排列紧密,水及化学试剂等不易触及结晶区内的分子,导致淀粉的糊化温度高、化学反应活性低等缺点。因此,如何对淀粉进行预处理,以减小淀粉的结晶区来提高淀粉的反应活性已成为研究的热点之一。本文采用自制的搅拌磨对玉米淀粉进行机械活化,然后将机械活化淀粉用于淀粉接枝共聚反应,采用过硫酸钾为引发剂、苯乙烯为单体进行接枝共聚反应,以接枝率（G）、接枝效率（GE）和单体转化率（C）为评价指标,考察了机械活化时间、反应时间、乳化剂浓度、引发剂浓度、单体-淀粉浓度比、反应温度对其接枝反应的影响;采用红外光谱（FTIR）、差示扫描（DSC）、X-射线衍射（XRD）和扫描电镜（SEM）对接枝产物进行了表征。并进一步考察了原料配比、复合乳化剂配比对涂料用淀粉接枝共聚乳液以及乳胶膜性质的影响。根据实验结果和理论分析,得到如下主要结论:（1）在相同实验条件下,玉米原淀粉（糊化）及活化0.5、1h的淀粉的接枝反应接枝率分别为77.54、94.52和128.79%,接枝效率分别为51.13、62.45和76.35%,单体转化率分别为75.83、75.67、84.34%。由此可见,玉米淀粉经过机械活化后其化学反应活性明显提高。（2）红外光谱（FTIR）分析表明聚苯乙烯支链已成功接枝到淀粉上;差示扫描量热仪（DSC）测试表明,随着G的增加,淀粉接枝物的热稳定性显著提高,结晶度降低;X-射线衍射（XRD）和扫描电镜（SEM）研究表明机械活化破坏了淀粉的结晶结构,使得接枝反应不仅发生在无定形区,而且也发生在结晶区,接枝反应对淀粉颗粒结晶结构影响显著。（3）在相同试验条件下,以原淀粉为原料,当淀粉、苯乙烯、丙烯酸丁酯三者配比为1:2:1时可获得性能稳定的乳液;以活化淀粉为原料,三者配比为1.5:2:1时可获得性能稳定的乳液,同时机械活化淀粉的使用使得乳液固含量达到29.4%。以最佳配方获得的乳液性能基本达到了乳胶内墙涂料成膜物质的要求。可以作为乳胶内墙涂料的乳液进行涂料的配制。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 符号说明
• 第一章 文献综述
• 1.1 淀粉的基本性质
• 1.1.1 淀粉的组成及结构
• 1.1.2 淀粉的糊化
• 1.1.3 淀粉糊的性质
• 1.1.4 变性淀粉
• 1.2 淀粉接枝共聚物的性质与应用
• 1.2.1 淀粉接枝共聚物的性质与分类
• 1.2.2 淀粉-苯乙烯接枝共聚物的应用
• 1.3 淀粉-苯乙烯接枝共聚物工艺研究进展
• 1.3.1 淀粉-苯乙烯接枝共聚物的制备
• 1.3.2 预处理方法对淀粉接枝共聚的影响
• 1.4 淀粉的机械活化
• 1.4.1 机械活化的简介
• 1.4.2 机械活化在淀粉中的应用
• 1.5 课题研究的意义及主要内容
• 第二章 机械活化淀粉接枝共聚反应
• 2.1 实验材料、仪器及方法
• 2.1.1 主要原料及药品
• 2.1.2 主要仪器及设备
• 2.2 淀粉的机械活化
• 2.2.1 机械活化装置
• 2.2.2 机械活化淀粉的制备
• 2.2.3 淀粉含水量的测定
• 2.3 单体的纯化
• 2.4 接枝共聚物的合成
• 2.5 接枝共聚物的纯化
• 2.5.1 未接枝淀粉的去除
• 2.5.2 均聚物的分离
• 2.5.3 接枝物中淀粉骨架的去除
• 2.6 接枝参数
• 2.6.1 接枝效率
• 2.6.2 接枝率
• 2.6.3 单体转化率
• 2.7 接枝共聚物的表征方法
• 2.7.1 红外光谱（IR）分析
• 2.7.2 热特性（DSC）分析
• 2.7.3 X-射线衍射（XRD）分析
• 2.7.4 扫描电镜（SEM）分析
• 2.8 单因素实验结果与讨论
• 2.8.1 机械活化时间对接枝参数的影响
• 2.8.2 反应时间对接枝参数的影响
• 2.8.3 引发剂浓度对接枝参数的影响
• 2.8.4 乳化剂浓度对接枝参数的影响
• 2.8.5 反应温度对接枝参数的影响
• 2.8.6 单体-淀粉浓度比对接枝参数的影响
• 2.9 淀粉及其接枝共聚物的表征
• 2.9.1 淀粉接枝共聚物的红外光谱分析
• 2.9.2 淀粉接枝共聚物的X-射线衍射分析
• 2.9.3 淀粉接枝共聚物的差热分析
• 2.9.4 淀粉接枝共聚物的扫描电镜分析
• 2.10 本章小结
• 第三章 活化淀粉-苯乙烯接枝共聚乳液在涂料中的应用
• 3.1 实验材料及仪器
• 3.1.1 实验原料及药品
• 3.1.2 主要仪器及设备
• 3.2 乳液聚合
• 3.2.1 单体纯化
• 3.2.2 乳液的合成
• 3.3 乳液性能的测定
• 3.3.1 乳液的固含量
• 3.3.2 乳液黏度的测定
• 3.3.3 乳液的机械稳定性
• 3.3.4 乳液的稀释稳定性
• 3.3.5 乳液的钙离子稳定性
• 3.3.6 乳液的外观
• 3.4 乳胶膜性能的测定
• 3.4.1 漆膜标准样板及色漆漆膜的制备
• 3.4.2 漆膜外观
• 3.4.3 漆膜耐水性的测定
• 3.4.4 漆膜附着力的测定
• 3.4.5 漆膜耐碱性测试
• 3.5 乳液性能分析
• 3.5.1 乳液的配方设计
• 3.5.2 原料的选择与配比
• 3.5.3 乳化剂的选择
• 3.5.4 最佳配方的确定
• 3.6 结论
• 第四章 结论与展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士期间发表的学术论文