玉米澱粉的雙醚化 曹文巍學習翻譯
改善其對棉和聚酯纖維的粘附性
作為由脫水葡萄糖單元（AGU）組成的多糖的澱粉已廣泛用於單獨或與其他物質的混合物作為造紙中的溼部添加劑和表面施膠劑，並且由於其可再生性的優點而在紡織品應用中作為經紗施膠劑。 ，生物降解性，豐富的資源和廉價。通常，對纖維的良好粘附性被認為是所有種類的澱粉基尺寸材料必不可少的。這是因為澱粉的適用性依賴於其粘合強度纖維。通過將商品中的纖維粘合在一起，粘合劑具有增加纖維製品如紙和大小經紗的強度的功能。此外，在經紗上漿中，附著力不僅能夠通過將毛髮粘附到紗線主體上而具有減少紗線毛髮的功能，而且還能夠增強紗線主體和澱粉薄膜之間的粘合牢固性（覆蓋在紗線上）。表面）。因此，粘合會影響尺寸商品的物理和機械性能，並決定經紗的尺寸增加。由於這個原因，粘合劑已經受到相當多的關注，並且已經報道了大量的工作。
然而，澱粉由於其環狀結構和許多羥基等缺點而顯示出脆性特徵。脆性導致澱粉與纖維的低粘附性。因此，由於其對纖維的粘附性不足，顯示出在施膠過程中澱粉的適用性降低。因此，迫切需要克服澱粉的缺點（例如粘附力不足），以提高其在經紗上漿和造紙等應用中的適用性。毫無疑問，解決這個缺點的另一種方法是通過澱粉改性引入一定數量的基團，如陽離子化和陰離子化。然而，陰離子化將帶負電的基團引入澱粉分子中，水中纖維素纖維的表面也顯示出負電荷。在這種情況下引起的排斥將不利地影響澱粉與纖維的粘附。毫無疑問，陽離子化可以對粘合劑層 - 正澱粉和負纖維之間的纖維界面處的靜電吸引力產生積極影響，但吸引力會增加從大小紗線中除去陽離子澱粉的難度。此外，當陽離子澱粉與負性助劑如潤滑劑和消泡劑一起使用時，可能會導致嚴重的問題，如糊狀物絮凝等。幸運的是，陽離子和陰離子基團可以通過兩步法衍生到澱粉鏈上。毫無疑問，含有帶負電荷和帶正電荷基團的兩性澱粉可能使陽離子和陰離子澱粉的不足最小化。例如，3-（三甲基氯化銨）-2-羥丙基（TMACHP）和3-丙磺酸-2-羥基（PSH）基團可分別用作陽離子和陰離子取代基，通過一步法引入澱粉分子中，即雙醚化。這兩組是親水的，可以增強水對粘性澱粉的吸收纖維之間的層（由煮熟的澱粉糊形成）。此外，這些群體具有大的空間體積並將產生強烈的空間限制。這可以阻礙澱粉直鏈 澱粉鏈的規則排列，並且在澱粉粘合劑層的形成過程中部分地防止澱粉羥基之間的氫鍵合。吸收的水和阻礙產生的阻塞能夠為層提供塑化，從而減少內應力及其濃度。因此，還要強調增強的粘附性通過引入兩組可以預期澱粉對纖維的影響。由於這些原因，選擇TMACHP和PSH基團並通過雙醚化，即季銨化和磺化將其引入玉米澱粉鏈中。雙醚化玉米澱粉（DES）的化學結構如圖1所示。目前，還沒有關於DES製備的文獻，通過一步反應進行的製備將縮短反應時間並降低成本。
圖1。用於製備DES的澱粉雙醚化。
然而，關於雙醚化對纖維粘附的影響知之甚少，因為既沒有研究醚化對粘合的影響，也沒有證據表明通過醚化可以改善粘合性。因此，這項工作的目的是確定醚化是否可以改善粘附，並分析總取代度（DS）對粘附的影響，因為改性澱粉的可用性取決於引入的基團的量，即， DS。此外，由於在經紗上漿中可憎性的重要性，還應估計醚化對可憎性的影響。粘附性和可乾燥性的測量不僅在DES上進行，而且在酸轉化澱粉（ACS）上進行。這樣的實驗安排使我們能夠從實驗數據中確定組本身的影響。
通過DES（曲線b）和ACS（曲線a）的FTIR光譜檢查TMACHP和PSH基團在澱粉分子中的引入，如圖2所示。除了ACS的特徵吸收峰外，DES譜中還有兩個新的吸收峰。新峰出現在1485 cm -1處，表明TMACHP組中C-N的特徵吸收帶，表明澱粉主鏈上存在TMACHP基團。在1210 cm -1處觀察到的另一個對應於磺酸離子的對稱伸縮振動，其結論是PSH基團已被引入到澱粉的主鏈上。
圖2。ACS（a）和DES（b）的FTIR光譜。
DS值是TMACHP和PSH引入的澱粉分子中每AGU的取代羥基數。確定了顆粒DES樣品的DS（包含DS e和DS p）值，並顯示在圖3中。如所預期的，隨著加入反應體系中的CHPTMA和CHPS-Na的量的增加，DS e和DS p ，即澱粉季銨化和磺化的水平逐漸增加。因此，可以想象隨著 CHPTMA和CHPS-Na向澱粉的量增加，獲得具有逐漸增加的總DS（DS e和DS p 的總和）值的DES樣品。
圖3。澱粉醚化的取代度，即季銨化水平（DS e ）和磺化水平（DS p）。
澱粉改性能夠在接觸相的表面上涉及物理，化學和生物化學現象。SEM已被用作增加對改性澱粉顆粒結構的理解和檢測澱粉顆粒中大部分取代區域的重要方法。雙醚化對澱粉顆粒形態的影響如圖4所示。可以觀察到，ACS顆粒具有不規則的多邊形形狀和光滑的表面而沒有可見的裂縫，而DES顆粒的形狀沒有變化，但與ACS相比在表面上具有明顯的損傷。可能的解釋是醚化主要發生在澱粉顆粒的表面上，並且通過改性在鹼性條件下引入基團可能引起澱粉顆粒外觀的變化。
圖4。ACS（a）和DES（b）的SEM圖像。
雙醚化能夠改善玉米澱粉對棉和聚酯纖維的粘附性，並對澱粉的可乾燥性產生積極影響。粘附性的改善主要歸因於TMACHP和PSH基團引起的空間位阻，以及通過評價DES膜的回潮率所代表的增加的親水性。並且澱粉可溶性的改善歸因於通過確定在水中破碎膜所需的時間和膨脹能力而估計的膨脹能力增加。澱粉膜在水中的作用。DES的附著力和可去除性取決於雙醚化的總DS值隨著值的增加，逐漸增加的拉伸強度和可去除性。此外，TMACHP和PSH基團的引入增強了蒸煮澱粉糊的粘度穩定性，同時對粘度僅有輕微影響。基於對纖維的粘附性和評價可脫除性，對於在棉和聚酯經紗上漿中DES 的潛在應用，推薦雙醚化的總水平為0.034 。
