李 偉，吳 杰，王 穎，吳蘭娟，張正橋，魯育豪

（1.安徽工程大學(xué) 紡織服裝學(xué)院，安徽 蕪湖 241000；2.合肥塞夫特淀粉有限公司，安徽 合肥 230000）

0 引言

淀粉和聚乙烯醇（PVA）已在紡織、造紙等領(lǐng)域中得到廣泛的應(yīng)用。然而，淀粉與PVA共混后使用，會(huì)因發(fā)生兩相分離[1]而負(fù)面影響共混物的使用效果[2]。過(guò)高的相分離速度甚至?xí)?dǎo)致混合漿無(wú)法使用。因此，在使用具體品種淀粉與PVA共混前，明確它們混合漿液的相分離速度，對(duì)在上述領(lǐng)域中合理使用該混合漿液具有重要意義，以及探索降低相分離速度的方法，對(duì)于提升應(yīng)用效果具有重要作用。

為了擴(kuò)展能應(yīng)用于上述領(lǐng)域中的變性淀粉品種，提升淀粉這種價(jià)格低廉[3]、來(lái)源廣泛[4]天然高聚物的應(yīng)用價(jià)值，本文采用對(duì)木薯淀粉酸解處理后再進(jìn)行磺基-2-羥丙基制備磺基-2-羥丙基木薯淀粉（HPSS）；采用對(duì)木薯淀粉氧化處理后再進(jìn)行交聯(lián)改性制備癸二酸交聯(lián)木薯淀粉（SACLS），幵以酸解木薯淀粉和氧化木薯淀粉作為對(duì)比樣?？疾爝@2種變性淀粉與PVA共混后的相分離速度與對(duì)比樣相比是否得到了明顯降低，目前尚無(wú)定論。另外，本文選擇N，N-二甲基甲酰胺、聚乙烯醇400、丙三醇為增塑劑，它們對(duì)HPSS/PVA、SACLS/PVA混合漿的相分離速度影響如何？它們用量產(chǎn)生的影響如何？以及兩種變性淀粉與PVA共混比所產(chǎn)生的影響如何？均無(wú)定論。為此，本文針對(duì)上述問(wèn)題開(kāi)展研究，以期為實(shí)際生產(chǎn)中合理使用上述2種淀粉衍生物提供參考和指導(dǎo)。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 主要原料

食品級(jí)木薯淀粉，含水率為 8.5%，泰國(guó)泰華出品；聚乙烯醇（PVA-1799），四川維尼綸廠生產(chǎn)；3-氯-2-羥丙基磺酸鈉，化學(xué)純，嘉興思成化工有限公司生產(chǎn)；氫氧化鈉，鹽酸，尿素，丙三醇，N，N-二甲基甲酰胺，聚乙二醇（PEG-400），癸二酸，等，均為國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司生產(chǎn)。HPSS（變性程度為 0.016），實(shí)驗(yàn)室自制，制備方法和變性程度測(cè)定參考文獻(xiàn)[5]；SACLS（交聯(lián)度為 330），實(shí)驗(yàn)室自制，制備方法和交聯(lián)度測(cè)定參見(jiàn)文獻(xiàn)[6]。

1.2 變性淀粉/PVA混合漿的制備

將淀粉和PVA分別與蒸餾水按3%濃度配比，加入到三口燒瓶中，95℃水浴中攪拌煮漿，為保障所取漿液粘度的相對(duì)穩(wěn)定，淀粉漿液的使用時(shí)間范圍為糊化后40-100min。根據(jù)混合漿中淀粉與PVA的混合比例，分別移取淀粉和PVA漿液到250mL燒杯中，保鮮膜封口，用恒溫磁力攪拌器于90℃下攪拌混合5min后，立即移取20mL混合漿液，注入到具塞刻度試管中，蓋上塞子幵垂直靜置于室溫下進(jìn)行觀測(cè)。

1.3 初顯分離時(shí)間

初顯分離時(shí)間為具塞刻度試管中的混合漿開(kāi)始表現(xiàn)出分層傾向（上部凹切面兩側(cè)出現(xiàn)透明現(xiàn)象）的時(shí)間與混合漿移入管中的時(shí)間間隔[7]。初顯分離時(shí)間越短，則初始相分離速度越快，混合漿穩(wěn)定性越差。

2 結(jié)果與分析

2.1 變性方式對(duì)淀粉/PVA混合漿相分離速度的影響

本研究中共制備了4種變性淀粉，分別為酸解淀粉、氧化淀粉、HPSS和SACLS。它們與PVA-1799混合漿的相分離速度見(jiàn)圖1。圖中1、2、3和4分別代表酸解淀粉、氧化淀粉、HPSS和SACLS，它們與PVA-1799的共混比例均為1：1。從圖中可以看出，后兩者與PVA-1799的初顯相分離時(shí)間接近，但均長(zhǎng)于前兩者，說(shuō)明后兩者具有更低的相分離速度。對(duì)于后兩者，可見(jiàn)在淀粉分子鏈上引入具有較大空間位阻作用的基團(tuán)。通過(guò)基團(tuán)的空間位阻作用，可以阻礙淀粉分子間的氫鍵作用，增加混合漿中淀粉分子鏈上自由羥基的數(shù)量，從而可以增強(qiáng)淀粉分子中自由羥基與PVA分子中自由羥基間的氫鍵作用，促使淀粉與PVA分子間的初始相分離時(shí)間延長(zhǎng)，相分離速度降低。

圖2 增塑劑品種對(duì)變性淀粉/PVA-1799混合漿初顯相分離時(shí)間的影響

2.2 極性增塑劑品種的影響

通過(guò)上述研究，我們發(fā)現(xiàn)4種變性淀粉中HPSS、SACLS分別與PVA混合具有更低的相分離速度，表現(xiàn)出更好的穩(wěn)定性。所以選擇這兩種變性淀粉進(jìn)行下面的研究。

除了通過(guò)化學(xué)變性引入基團(tuán)對(duì)淀粉展示內(nèi)增塑作用，還有混入化合物所展示的外增塑作用。為進(jìn)一步降低HPSS、SACLS與PVA間的相分離速度，提升混合漿的穩(wěn)定性。我們選擇幾種極性化合物作為外增塑劑[8]，分別加入到混合漿中，研究其對(duì)混合漿相分離速度的影響。研究結(jié)果見(jiàn)圖2。圖中I、II、III和IV分別代表未加入增塑劑、加入N，N-二甲基甲酰胺、聚乙烯醇400、丙三醇，實(shí)驗(yàn)中變性淀粉和PVA-1779的混合比例為1：1，增塑劑用量是淀粉與PVA-1799干重的10%。由圖2可見(jiàn)，加入3種極性化合物后，2種化學(xué)變性淀粉與PVA-1799形成混合漿的初顯分離時(shí)間均得到了增加，表明它們的加入均能降低混合漿的相分離速度，提升其穩(wěn)定性。3種化合物對(duì)混合漿穩(wěn)定性的改善作用呈現(xiàn)趨勢(shì)：丙三醇>N，N-二甲基甲酰胺>聚乙烯醇400。

極性增塑劑對(duì)極性聚合物的增塑作用，主要是增塑劑的極性基團(tuán)與聚合物分子的極性基團(tuán)相互作用代替了聚合物極性分子間的作用，減少了聯(lián)結(jié)點(diǎn)，削弱了分子間的作用力，產(chǎn)生了增塑作用[8]。在淀粉與PVA的混合漿液中，極性增塑劑同樣也會(huì)與淀粉及PVA的羥基作用，從而增加自由羥基的數(shù)目，增大淀粉分子與PVA分子中羥基間的締合幾率，增強(qiáng)了淀粉分子與PVA分子間的作用，從而緩解了混合漿的相分離速度。鑒于丙三醇分子中所含的羥基數(shù)大于其他極性增塑劑，能與更多的聚合物極性基團(tuán)作用，所以更能有效地降低混合漿的相分離速度。

2.3 丙三醇用量的影響

圖3反映了丙三醇用量對(duì)混合漿相分離速度的影響（淀粉與PVA共混比例為1：1）。由圖3可見(jiàn)，加入丙三醇后，混合漿的相分離速度均降低。隨著丙三醇對(duì)混合物用量的增加，相分離速度呈現(xiàn)先逐漸降低后增大的趨勢(shì)。對(duì) HPSS而言，共混漿的最低相分離速度為丙三醇用量 6%時(shí)；丙三醇用量 10%時(shí)，SACLS/PVA-1799混合漿展示最低相分離速度。

圖3 丙三醇用量對(duì)變性淀粉/PVA-1799混合漿初顯相分離時(shí)間的影響

圖4 共混比例對(duì)HPSS/PVA-1799混合漿初顯相分離時(shí)間的影響

2.4 變性淀粉與PVA混合比例的影響

圖4反映了HPSS與PVA-1799混合比例對(duì)相分離速度的影響。由圖4可知，無(wú)論是否添加6%的丙三醇，混合比例對(duì)混合漿的相分離速度均產(chǎn)生了較大影響，表現(xiàn)為隨HPSS共混比的增加，初顯相分離時(shí)間呈現(xiàn)先減少后增加的趨勢(shì)。在兩者混合比例相近的中間區(qū)域，初顯相分離時(shí)間最短。這些表明相分離速度隨著共混比的增加，呈現(xiàn)先加快后減緩的規(guī)律，且共混比為50%附近時(shí)相分離速度最快，穩(wěn)定性最差。這主要是因?yàn)槎咴诨旌媳壤嘟鼤r(shí)，淀粉分子、PVA分子自身羥基發(fā)生氫鍵作用的趨勢(shì)最強(qiáng)，致使最容易發(fā)生兩相分離。因此，在日常漿紗生產(chǎn)中需延長(zhǎng)相分離時(shí)間增加漿液穩(wěn)定性的情況下，都應(yīng)該盡量避免HPSS/PVA混合漿共混比相近。另外，由圖可見(jiàn)，不管在任何共混比例下，加入6%丙三醇均能降低HPSS/PVA-1799共混漿的相分離速度，改善其穩(wěn)定性。

圖5 共混比例對(duì)SACLS/PVA-1799混合漿初顯相分離時(shí)間的影響

SACLS/PVA-1799混合漿比例對(duì)相分離速度的影響見(jiàn)圖5。由圖5可見(jiàn)，無(wú)論是否添加丙三醇，混合比例對(duì)混合漿的相分離速度也均產(chǎn)生了較大影響，同樣表現(xiàn)為隨淀粉共混比例的增加，初顯相分離時(shí)間呈現(xiàn)先減少后增加的趨勢(shì)。不管在任何共混比例下，加入10%的丙三醇均能降低共混漿的相分離速度，改善其穩(wěn)定性。在加入10%的丙三醇下，適當(dāng)增加SACLS的共混比，有助于改善上漿時(shí)混合漿的穩(wěn)定性，對(duì)漿紗質(zhì)量有利。

3 結(jié)論

（1）本研究制備了4種變性淀粉，分別為酸解淀粉、氧化淀粉、磺基-2-羥丙基木薯淀粉（HPSS）和癸二酸交聯(lián)木薯淀粉（SACLS），評(píng)價(jià)了它們分別與PVA-1799形成混合漿的相分離速度。研究發(fā)現(xiàn)后兩者與PVA-1799形成混合漿的初顯相分離時(shí)間接近，但均長(zhǎng)于前兩者，說(shuō)明后兩者與PVA-1799形成混合漿具有更低的相分離速度，且穩(wěn)定性好于前兩者。

（2）在HPSS、SACLS與PVA-1799的混合比例均為1：1，3種極性化合物用量為淀粉與PVA-1799的10%下，N，N-二甲基甲酰胺、聚乙烯醇400、丙三醇的加入均能降低混合漿的相分離速度，提升其穩(wěn)定性。3種化合物對(duì)混合漿穩(wěn)定性的改善作用呈現(xiàn)趨勢(shì)：丙三醇>N，N-二甲基甲酰胺>聚乙烯醇400。

（3）隨著丙三醇用量的增加，HPSS/PVA-1799、SACLS/PVA-1799混合漿的相分離速度均呈現(xiàn)先逐漸降低后增大的趨勢(shì)。對(duì)HPSS而言，共混漿在丙三醇用量6%時(shí)呈現(xiàn)最低相分離速度；丙三醇用量10%時(shí)，SACLS/PVA-1799混合漿展示最低相分離速度。

（4）無(wú)論是否添加丙三醇，混合比例對(duì) HPSS/PVA-1799、SACLS/PVA-1799混合漿的相分離速度均產(chǎn)生了較大影響。相分離速度隨著共混比的增加而呈現(xiàn)加快后減緩的規(guī)律，且淀粉共混比為50%附近時(shí)相分離速度最快，穩(wěn)定性最差。所以在漿紗過(guò)程中均應(yīng)該盡量避免淀粉與PVA共混比相近。