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1、前沿技术 1 4 辐照技术改性淀粉的发展、应用状况以及高能辐射技术对淀粉改性尤其是接枝改性的可行性进行了论 J 证,并阐述了高能辐射接枝改性淀粉技术在纺织浆料应用研究方面的发展前景及其存在的一些关键问题。 T h es t a t u sq u oo fa p p l i c a t i o na n dd e v e l o p m e n to fm o d i f i e ds t a r c h ,a sw e l la st h ef e a s i b i l i t yo fs t a r c hm o d i f i e db yh i g h e n e r g y r a
2、d i a t i o na l ei n t r o d u c e d T h ef o r e g r o u n da n dr e l e v a n tp r o b l e m so ft h er a d i a t i o no ns t a r c hm o d i f y i n ga r ea l s oe x p o u n d e d Y 射线辐照技术在淀粉改性中的应用 T e c h n o l o g y0 fH i g h - e n e r g yR a d i a t i o n0 nS t a r c hM o d i f y i n g 众多淀粉改性技
3、术中,辐射加工被认为是高效、节能、 便捷的方法。本文将以此技术及其应用中的基本问题为题, 探讨淀粉改性的相关进展和高能辐射技术在淀粉改性中的 应用。 1 淀粉改性的内容及进展 1 1 淀粉改性的原理 淀粉的结构特征是淀粉分子中含有的羟基、甙键和具 有还原性的潜在醛基,淀粉大分子中的羟基决定了淀粉的 化学性质,使得淀粉的可及性和吸附性都很强,是淀粉能够 进行各种变性的主要内在因素;淀粉中潜在的醛基能与各 种试剂反应,生成各种淀粉衍生物;极性基团可以官能团化 和接枝。此外,连接淀粉大分子葡萄糖基环的甙键和大分 子间的氢键与范德华力,可以用不同的方法将其切断或拆 散,从而使淀粉降解或分解。 1 2
4、淀粉改性的发展 改性淀粉的发展过程可分为分解淀粉阶段、淀粉衍生 物阶段、接枝淀粉阶段。笔者认为这3 个阶段的划分只是淀 粉改性技术上的一种进步和改性程度上的递进,没有严格 的划分,因为接枝淀粉改性过程中就会出现或直接利用淀 粉大分子的降解和羟基的氧化等现象。 在纺织经纱上浆领域,接枝淀粉被认为是替代P V A 浆 料的最有潜力的研究方向之一,_ 直以来都受到加工成本、 产品质量等方面的制约,利用高能辐射技术对淀粉进行接 枝改性不同于传统的化学方法,将克服很多制约因素。 作者简介:王晓广,男,1 9 6 2 - 。r - 生_ ,副教授,研究方向为纺织浆料 的改性及应用。 作者单位:王晓广石婷嶙
5、,武汉科技学院;陈波志,武汉中升化 学品f 1 0 4 文,主晓广石婷婷陈波志 2 高能辐射技术对淀粉的改性 2 1几种辐射特性的比较 电子束、r 射线等几种常用辐射线在实际工作中都得到 了广泛的应用。Y 射线、微波辐射穿透能力较强,为1 0 0m m , 其次是电子束辐射为1 1 0m m ,紫外线的穿透能力小于 0 1m m 。通常情况下,电子束辐射技术适合工业化大生产。 r 射线的光子能量和穿透能力是上述4 种射线中最优异的。 随着加工技术的不断完善、成熟和加工设备的工业化普及, 6 0 C o 辐射加工简洁、高效和无污染以及成本降低等优势将 得以突现。 2 2 C o 射线辐射淀粉接枝
6、的机理探讨 辐射接枝技术根据工艺的不同可分为预辐射接枝、 共辐射接枝和混辐射接枝等工艺方式。但无论是哪一种方 式,其接枝聚合机理基本包括自由基形成、链引发、链增长、 和链终止等4 个过程。 淀粉颗粒中葡萄糖剩基基环之间连接方式的不同,形 成了淀粉颗粒内部复杂的结晶结构,并具有较强的吸水性, 这决定了淀粉的辐射改性过程的复杂性。纯淀粉经C oY 射 线辐射,会发生降解,且伴随着氧化、水解等过程。其主要 降解机理为淀粉分子的铲1 ,4 甙键在吸收辐射能后断裂和 发生氧化,甚至会切断C :C ,的连接并氧化成羧基,形成的 自由基还会引发甙键的转移和再聚。 高能辐射技术可对聚合物进行降解、氧化、接枝聚
7、合 等改性,其辐射条件可分为无氧和有氧辐射。无氧真空辐照 对淀粉的无定形区将产生不稳定的自由基并可能引发与单 体的接枝;而在规整区或结晶区,自由基较稳定,称作陷落 自由基。由于单体、溶剂和氧气等很难进入结晶区,这部分 陷落自由基寿命虽长,却对引发接枝反应效率较低。有氧辐 照时,无定形区自由基易于形成较稳定的过氧化氢或烷基过 纺织导报C h i n aT e x t i l eL e a d e r 2 0 0 8N o 1 1 万方数据 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkR to remove the wate
8、rmark 氧化物,这在淀粉与其他物质混合使用产应一定的交互影 响,而在辐照接枝改性过程中过氧化物的存在能够提高淀 粉的接枝率。 3 改性淀粉在纺织上浆方面的应用 、 随着研究的深入和性能的改善,改性淀粉已成为经纱 上浆替代P V A 浆料的主要方向。 武宗文等人就将辐射降解淀粉用于上浆,发现对棉或 涤棉的上浆效果良好,可以降低P V A 用量,减少污染。周永 元等人的实验证明,接枝淀粉性能更为优良( 表1 ) 。王晓广 等人也对高能辐照接枝技术进行了研究,并申请了专利。 表1 各类浆料的经纱上浆性能比较 4 高能辐射技术改性淀粉的影响因素 影响辐射接枝共聚反应的因素有很多,实际中的影响 因素
9、包括辐射时间、辐射剂量( 率) 、辐射剂量不匀率、空气 含量和温度等。 一般情况下,聚合物接枝率随着辐射剂量的增加而增 加,但不是正比关系。包华影等人用6 0 C o r 射线预辐照的方 法制备丙烯酰胺淀粉接枝共聚物时,辐射剂量与接枝率测 量结果如图l 所示。 l 8 0 水6 0 糌 螂 糍加 2 0 0 吸收剂量( k C , y ) 图1 淀粉接枝丙烯酰胺单体的接枝率与吸收剂量的关系 术 - _ 丹 螺 照 前沿技术 辐照时I 司( m i a ) 图2 淀粉接枝丙烯酰胺单体的接枝率与辐照时间的关系 杨波等人对淀粉和丙烯酰胺溶液的辐射接枝聚合研究 发现,接枝率与辐射时间的关系曲线呈S 型
10、,如图2 所示。在 0 1 0 0m i n 时间段表现出明显的前期诱导效应,而在1 0 0 2 0 0m i n 时间段中出现自动加速现象,有自由基聚合特征。 辐射温度对接枝的影响,通常辐照反应温度一般都在常温 下进行,在5 4 0 温度下 对辐射接枝的影响不大,辐射 温度与反应温度无关。此外,辐照室的堆码方式对辐照的不 匀度有影响,一般由此导致的辐射加工不匀度不得大于2 。 5 问题及展望 5 1 高能辐射技术改性淀粉的问题 高能辐射加工虽然从理论上可以对淀粉进行分解、氧 化、接枝的任意一种或多种形式的改性,尤其是接枝改性。 但不可否认,该技术在淀粉改性方面的应用还很不成熟,还 需要对其中
11、存在的问题和难点予以研究和解决。 一般的,接枝改性淀粉的应用领域不同,对接枝率的 要求不相同,从而接枝工艺亦不相同。例如,对于接枝率要 求不高的纺织经纱上浆,可以选择淀粉和单体固相接枝使 得接枝工艺更加简单、成本更加低廉。固相共辐射接枝中均 聚物是否必需去除,有氧条件下氧效应的作用机制,接枝产 品的稳定性等都需要更深入的研究。如若采用预辐射固相 接枝工艺,预辐射改性淀粉的实效性,接枝反应效率等又成 为必须面对的问题;此外,辐射加工中的剂量( 率) 、剂量不 匀度以及原淀粉的性能等因素,都必须加以考虑。 5 2 高能辐射技术改性淀粉展望 改性淀粉不但有助于改进加工方式、降低环境污染, 还能解决淀粉类农产品的出路。目前,世界上改性淀粉年产 量近6 0 0 万t ,而我国产量在4 5 万t 左右,世界人均消费量在 0 9 5k g 人左右,美国在1 0k g 人左右,而我国仅0 3 5k g 人。由 此可见,在我国改性淀粉具有很大的发展空间。圃 参考文献( 略) 纺织导报C h i n aT e 删l eL e a d e r 2 0 0 8N o 1 11 0 5 万方数据 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkR to remove the watermark
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