田廣

摘 要：以小麥淀粉、苯乙烯為原料，過硫酸銨為引發(fā)劑，采用水溶液聚合法對淀粉進(jìn)行接枝改性，分別討論反應(yīng)溫度、引發(fā)劑用量及淀粉與單體配比對產(chǎn)物接枝率的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，最佳反應(yīng)條件為：淀粉58℃左右預(yù)糊化30min，引發(fā)劑用量0.3g，淀粉與苯乙烯質(zhì)量比1/2（20g/40g）， 反應(yīng)溫度70℃，反應(yīng)時(shí)間3小時(shí)，可達(dá)最大接枝率56.2%。

關(guān)鍵詞：小麥淀粉 苯乙烯 接枝改性

中圖分類號：TQ423 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-3973（2013）007-094-02

難降解的塑料引發(fā)的環(huán)境污染，即“白色污染”問題已經(jīng)成為困擾世界各國的一大難題。隨著塑料產(chǎn)量的迅速增長，廢棄塑料的后處理及造成的環(huán)境污染越來越受到各國的關(guān)注。實(shí)踐證明，使用可降解塑料才是解決塑料污染的一個(gè)根本途徑。在尋求可降解塑料解決塑料垃圾污染的研究過程中，以淀粉為基礎(chǔ)原料得到的生物降解塑料得到了迅速的發(fā)展。淀粉基降解塑料在制備過程中，由于淀粉耐水性不好、力學(xué)強(qiáng)度低、濕強(qiáng)度差、不宜單獨(dú)作材料使用，而且淀粉還與聚乙烯等材料的相容性差，本實(shí)驗(yàn)采用苯乙烯對淀粉進(jìn)行改性，在淀粉側(cè)鏈上引入一容度參數(shù)與聚乙烯相近的基團(tuán)，改善其疏水性和力學(xué)性能，便于改性淀粉再與PE共混性能。制成食品包裝薄膜或一次性餐具。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 主要原料

小麥淀粉，市售；過硫酸銨，分析純，相對分子量228，武漢江北化學(xué)試劑有限責(zé)任公司；苯乙烯，分析純，相對分子量104，天津市福晨化學(xué)試劑廠；碳酸氫鈉，分析純，相對分子量84，天津市福晨化學(xué)試劑廠；無水乙醇，分析純，相對分子量46，安徽特酒總廠；丙酮，分析純，相對分子量58，天津市永大化學(xué)試劑開發(fā)中心；環(huán)己烷，分析純，相對分子量84，天津市福晨化學(xué)試劑廠。

1.2 儀器

反應(yīng)裝置：加熱裝置、攪拌裝置、250ml四口燒瓶、溫度計(jì)、冷凝管、60ml長頸滴液漏斗、100ml普通滴液漏斗等。

抽濾裝置：沙芯漏斗、循環(huán)水式真空泵、濾紙等。

提取裝置：加熱裝置、索氏提取器（提取瓶100ml）、紗布、鑷子等。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

1.3.1 淀粉的接枝改性

（1）準(zhǔn)確稱取淀粉20.000克（mo），先溶解于200ml水中，再用玻璃棒轉(zhuǎn)入250ml四口燒瓶中，在58℃下攪拌30min進(jìn)行預(yù)糊化。糊化完全后，升溫或降溫至反應(yīng)溫度恒溫，先向反應(yīng)體系中加入少量碳酸氫鈉（溶于少量水中）作緩沖液，再同時(shí)滴加（NH4）2S2O8引發(fā)劑（溶于20ml水中）和苯乙烯單體（單體滴加速度略快），恒溫反應(yīng)3h。

（2）待產(chǎn)物冷卻至室溫后，用無水乙醇萃取，充分?jǐn)嚢韬箪o置10min。然后將萃取后的反應(yīng)液用沙芯漏斗過濾（循環(huán)水式真空泵抽慮）。過濾得到的固體產(chǎn)物為淀粉-聚乙烯接枝物與均聚苯乙烯的混合物，將產(chǎn)物于60℃下干燥至恒重后準(zhǔn)確稱重（ms）。

（3）以丙酮、環(huán)己烷混合溶劑（1/1）為溶劑，稱取一定量（m1）的產(chǎn)物在索氏提取器中提取10h后干燥至恒重，準(zhǔn)確稱重（m2）。

1.3.2 計(jì)算接枝率

（1）接枝率定義如下：

接枝率=（mg-mo）/mo

mg-接枝物質(zhì)量；mo-淀粉質(zhì)量。

（2）接枝物質(zhì)量按以下公式：

mg= ms譵2/m1

m1-聚合產(chǎn)物提取前質(zhì)重；m2-聚合產(chǎn)物提取后質(zhì)量；ms-聚合產(chǎn)物總質(zhì)量。

2 結(jié)果與討論

2.1 溫度對接枝率的影響

研究了溫度對淀粉接枝率的影響（其中淀粉與苯乙烯單體配比為1/1，引發(fā)劑用量為0.2g），結(jié)果如圖1所示。

圖1 溫度對接枝率的影響

從圖1可以看出：隨溫度升高，接枝率先上升，后下降，70℃為最佳反應(yīng)溫度。70℃以下，隨著溫度升高 ，分子熱運(yùn)動(dòng)加快 ，反應(yīng)活性增加，引發(fā)劑與淀粉分子碰撞的機(jī)會就多 ，生成淀粉自由基也就越多，接枝率呈上升趨勢；而溫度上升到70℃以上時(shí)，隨著溫度升高，單體均聚反應(yīng)速率加快 ，同時(shí)鏈終止反應(yīng)速率增加 ，因而接枝率下降。

2.2 引發(fā)劑用量對接枝率的影響

研究了引發(fā)劑用量對淀粉接枝率的影響（其中淀粉與苯乙烯單體配比為1/1，反應(yīng)溫度70℃），結(jié)果如圖2所示。

圖2 引發(fā)劑用量對接枝率的影響

引發(fā)劑用量對接枝率的影響見圖2，隨引發(fā)劑用量升高，接枝率先上升，后下降，0.3g引發(fā)劑最佳。因?yàn)殡S著過硫酸銨用量的增加，引發(fā)的淀粉分子上的活性點(diǎn)增加；但當(dāng)用量達(dá)到0.3g時(shí)，活性點(diǎn)趨于飽和，接枝率呈下降趨勢。超過0.5g之后，接枝率幾乎不受引發(fā)劑用量的影響。

2.3 淀粉與單體配比對接枝率的影響

研究了淀粉與單體配比對淀粉接枝率的影響（其中引發(fā)劑用量0.3g，反應(yīng)溫度70℃），結(jié)果如圖3所示。

圖3 淀粉與苯乙烯單體配比對接枝率的影響

淀粉與單體配比對接枝率的影響見圖3，隨單體濃度增加，接枝率先上升，后下降，1/2為最佳。這是因?yàn)樵趩误w濃度較高時(shí)，凝膠效應(yīng)局部區(qū)域生成的鏈自由基易與接枝鏈活性自由基偶合終止，形成較長的接枝鏈，因此有利于形成淀粉與單體的接枝共聚物。但當(dāng)單體濃度超過一定數(shù)值后，單體活性點(diǎn)大增加，均聚反應(yīng)占主導(dǎo)地位，接枝產(chǎn)物減少，故接枝率反而下降。

3 結(jié)語

采用水溶液聚合法，以過硫酸銨為引發(fā)劑，采用苯乙烯對小麥淀粉進(jìn)行接枝改性，當(dāng)引發(fā)劑用量0.3g，反應(yīng)溫度70℃，淀粉與苯乙烯單體配比為1∶1，產(chǎn)物接枝率最高可達(dá)56.2%。

參考文獻(xiàn)：

[1] 諸泉，黃少慧.國外淀粉接枝共聚物的合成與應(yīng)用[J].國外塑料，1995（4）：7-13.

[2] 黃寧.接枝淀粉共聚物的合成與應(yīng)用[J].江蘇化工，1996，24（6）：8-10.