增塑剂在淀粉浆膜脆硬性能中的应用

增塑剂在淀粉浆膜脆硬性能中的应用

淀粉是可分解多糖的天然高分子。它具有价格低廉、可回收、易分解、污染小等优点。现在，它被广泛应用于丝绸的制备中。然而,淀粉大分子链是由环状结构的葡萄糖剩基构成,环状结构和极性使其柔顺性差,玻璃化温度高,浆膜硬而脆。磷酸酯淀粉是变性淀粉中使用较多的一种,作为经纱上浆中的上浆剂在低温时不会凝冻,浆膜透明,但依然没有解决淀粉浆料成膜性不完整、脆硬的问题。因此,在淀粉浆料作为主体用于上浆时,通常需加入一些极性助剂以改善浆纱质量。增塑剂是一种加入到高分子聚合体系中增加可塑性、柔软性和膨胀性的物质,在浆液中常用作柔软剂。它的主要作用是削弱聚合物分子间的次价键即范德华力,从而增加了聚合物分子链的移动性,降低了聚合物链的结晶性,即增加了聚合物的塑性,表现为转化温度和玻璃温度下降,伸长率、曲挠性和柔韧性提高。本文采用甘油、尿素、柠檬酸氢二铵三种增塑剂以不同量加入到磷酸酯淀粉中,通过测试浆膜的吸湿率、断裂强力、断裂伸长率、耐屈曲性及浆液粘附力等性能,对比分析了其改善淀粉浆膜脆硬性和提高淀粉浆料上浆性的效果。1实验部分1.1仪器、设备和测试箱实验材料:磷酸酯淀粉;甘油(分析纯);尿素(分析纯);柠檬酸氢二铵(分析纯);纯棉粗纱。实验仪器:JA2003A电子天平(上海精密科学仪器有限公司);JJ-1精密增力电动搅拌器(常州国华电器有限公司);HWS-250型恒温恒湿箱(上海精宏实验设备有限公司);ZHD-4型纸张厚度计测定仪(长春市第三材料试验机厂);HD021N+电子单纱强力仪(南通宏大实验仪器有限公司);HD026D电子织物强力仪(南通宏大实验仪器有限公司);浆膜板(秒表)等。1.2测试测试(1)单膜强伸度的测试方法将几种增塑剂按对淀粉浆料的质量分数分别配制成浓度为3%的浆液200ml,升温至95℃,保温30min,然后冷却至50℃左右将40ml浆液倒入聚四氟乙烯膜槽内浇制成膜,干燥成膜后实验待用。浆膜强伸度的测试是在HD021N电子单纱强力仪上进行。将浆膜裁成100mm、宽5mm条状试样,在恒温恒湿室内平衡24h,然后在HD021N电子单纱强力仪上测试其断裂强力、断裂伸长率等。每种浆膜样品测试30次,取其平均值。(2)水溶速率的测定采用浆膜水溶速率试验法进行。即将浆膜裁成100mm、宽20mm的条状,在长度方向的中间处划一直线为记号。然后将浆膜浸入80℃水中,待水平面与浆膜中间记号线重合时,立即按动秒表开始计时,到浸没于水中的一段浆膜断脱时,再按下秒表终止计时,秒表显示的时间秒数就表示浆膜的水溶速率。每种浆膜样品测试30次,取其平均值。(3)断裂强力测试浆液粘附力的测试方法主要有薄膜滴浆法、布条剥离法和粗纱浸浆法三种,本实验采用粗纱法。将浆料配制成浓度为1%的浆液700ml,均匀搅拌,恒温水浴加热,升温到95℃保温30min,将长度为300mm的纯棉粗纱条30根和涤/棉粗纱条30根分别浸入浆液中,5min后取出,室温下晾干后在HD026D织物强力仪上测试粗纱条的断裂强力、断裂伸长率等,共测试30次,取其平均值。2结果与讨论2.1增塑剂对淀粉浆膜性能的影响2.1.1浆膜的断裂强度甘油不同用量对淀粉浆膜性能影响的测试结果见表1。从表1可看出,在淀粉浆中加入不同质量分数甘油后所制得的浆膜,其断裂伸长率及耐屈曲次数均有所增大,但浆膜的断裂强度则有所下降。这是因为甘油作为增塑剂使淀粉在热和剪切力的作用下,分子间大量的氢键和结晶程度遭到了破坏,提高了淀粉浆料的柔韧性。2.1.2纤维素增强浆膜性能尿素不同用量对淀粉浆膜性能影响的测试结果见表2。由表2可见,在淀粉浆中加入尿素作为增塑剂后,浆膜性能同样有所改善。由于尿素中含有两个“酰胺基”,能与淀粉分子长链上的羟基形成氢键,因此在尿素用量逐渐增大时,浆膜的断裂强度有所降低。而尿素中的-CONH2属于吸湿基,所以其浆膜要比纯粹的磷酸酯淀粉浆膜柔软。这说明适当的尿素用量和在适当的相对湿度下,尿素确实能改善淀粉浆膜的脆性。2.1.3种增塑剂对淀粉浆膜性能的影响柠檬酸氢二铵不同用量对淀粉浆膜性能影响的测试结果见表3。由表3可知,柠檬酸氢二铵对淀粉质量分数为1%时对改善浆膜的各项性能效果最好,浆膜断裂强度增加,断裂伸长率及耐屈曲次数明显提高。这是由于水溶性的柠檬酸氢二铵小分子进入淀粉大分子链之间,本身的极性基团与淀粉的极性基团相互作用,通过与淀粉浆料中的羟基、酯基或羧基形成氢键,穿插在高分子之间破坏了大分子间的物理交联点,从而提高了浆膜的弹性和韧性及断裂伸长率,起到了柔软增塑作用。对比上述浆膜性能测试结果可知,三种增塑剂均可在不同程度上改善淀粉浆的浆膜性能,实现增塑效果。但是,与甘油和尿素相比,柠檬酸氢二铵以不同比例加入到磷酸酯变性淀粉中对浆膜的各项性能指标的影响效果更加显著。且加入1%的柠檬酸氢二铵就可使浆膜的各性能在三种增塑剂中达到最优。2.2淀粉粘附性测试浆液的粘附性反映了浆料本身的内聚力和对另外物质的粘附力大小及相对平衡情况,三种增塑剂对纯棉粗纱的粘附力测试结果如表4所示。由表4可看出,三种增塑剂均能提高淀粉浆对纯棉粗纱的粘附性能,其主要原因是增塑剂降低了淀粉的脆性,有利于提高淀粉与棉纤维之间的黏合作用。不同增塑剂对淀粉粘附性影响程度不同,相比较而言,柠檬酸氢二铵对淀粉用量为1%时,对纯棉粗纱改善淀粉粘附性的作用最大。这说明对淀粉加入1%柠檬酸氢二铵后,其浆液对纯棉纤维的浸透能力有提高,使得纤维间的抱合力增强,断裂强力增大,即浆液的粘附性增强。3增塑剂和剂的性能(1)甘油、尿素、柠檬