淀粉与变性淀粉

淀粉与变性淀粉 蓝新宇 (内蒙古铁骑纺织有限责任公司 ,内蒙古 呼和浩特 010010) 　　中图分类号 : TQ43212 + 01 　　文献标识码 :A 　　文章编号 :1007 —6921 (2004) 10 —0078 —02 　　淀粉是由α—葡萄糖缩聚而成的 ,一种多糖类 物质的天然高分子化合物 ,又是人们的一种食品以 及许多工业部门的重要原材料。它早已在纺织、造 纸、化工、制药及食品等工业部门得到广泛应用。随 着科学技术的发展 ,在我国 ,天然淀粉的固有性质已 不能满足工业新技术 ,新工艺的应用要求 ,因此 ,变 性淀粉的研究引起了人们的注意和重视。 变性淀粉的开发和应用 ,在国内只有几年的时 间 ,虽然开发了氧化、酸解、交联、酯化、醚化等五大 类几十个品种 ,但与国外上千个品种相比 ,还相差很 远。系列化产品还没有达到对变性淀粉的了解和有 效应用 ,还没有真正掌握。现在用于生产上较多的 是纺织和造纸两大行业 ,而食品、医药、化工等行业 的使用 ,还处于认识阶段。目前 ,国内正在大面积推 广使用变性淀粉 ,但产量还不高 (2 万 t/ 年) ,质量不 很稳定 ,在开发应用变性淀粉上存在一定困难。近 几年 ,在推广应用变性淀粉过程中 ,1986 年上海变 性淀粉使用经验交流会 ,1987 年 7 月广东东莞变性 淀粉生产应用会议等起了重要作用 ,1988 年 11 月 在上海中国纺织大学开办了“变性淀粉讲座”班 ,在 全国 27 个省市 54 名工程技术人员参加 ,进一步加 快了推广应用变性淀粉的步伐。近几年 ,随着纺织 新型纤维的不断出现 ,变性淀粉已被广泛应用。 1 　淀粉结构特点及性能 淀粉分子结构式 : 任何一个物质的性质及使用的适应性 ,取决于组 成该物质的化学结构及物理结构。了解物质结构 ,对 了解和掌握它的性能及合理使用 ,起着重要作用。 1.1 　淀粉的微观结构是以葡萄糖基组成的淀粉大 分子环式主链 ,呈刚性 ,柔韧性很差 ,玻璃化温度 ( Tg)高 ,在淀粉分子中 ,羟基含量达 3115%, 因此 , 淀粉具有多元醇的性质 ,即能与酸生成酯 ,与另一分 子醇生成醚 ,易被氧化剂氧化 ,是一个亲水性的高分 子物。羟基是一个化学活泼性很高的有机基团 ,这 就是淀粉有各种各样变性的基本因素之一。 1.2 　淀粉的聚合度大 ,一般在 200～600 之间 ,而且 很不均匀 ,分子链上甙链的化学性很不稳定 ,遇酸水 解 ,遇强氧化剂氧化断裂 ,所以 ,改变淀粉的聚合度 , 就可以改变淀粉的流变性、粘附性、成膜性、强度及 弹性等物理机械性能。 1.3 　淀粉的宏观结构是以乳白色细腻粉末存在 ,显 微镜下观察呈颗粒状 ,外形大小随淀粉种类而异 ,一 般在 10～100μm 之间。普通天然淀粉含有两种形 式 :直链淀粉和支链淀粉。直链淀粉一般占颗粒中 含量的 17% ～25% 左右。 直链淀粉的浆液粘度低 ,流动性好 ,支链淀粉分 子大 ,成浆粘度高 ,粘附性好 ,成膜性差。下面是直 链淀粉和支链淀粉的性能对比。 性　　能 直链淀粉 支链淀粉 大分子形态 线型 分支型 聚合度 n 200～2000 600～6000 在水中变化 固液较分离 ,易凝胶 混溶好 ,粘度大 ,不凝胶 成膜性 较柔顺 ,能成膜 硬、脆、难成膜 对亲水性纤维粘附性 较低 较高 与碘作用 蓝色 紫红色 2 　淀粉的优劣及变性目的 从淀粉结构与特性分析 ,淀粉用于纺织轻纱上 浆 ,存在着很多不利因素。 ·87· 内蒙古科技与经济 　　　　　　　　　2004 年第 10 期 　 2.1 　合成纤维的分子结构中 ,含有疏水性基团 ,而 淀粉分子结构中含有羟基 ( -OH ) ,是一个亲水性基 团。因此 ,用于合成纤维上浆粘合力太差 ,达不到上 浆的目的。 2.2 　淀粉在加工过程中 ,蛋白质、脂肪、矿物质及纤 维素等杂质不能完全去除。在水份含量较高时 ,容 易腐败 ,使溶液变质 ,造成浆纱霉斑等疵点。蛋白质 的存在使浆液起泡 ,浆膜脆、硬 ,影响上浆质量。 2.3 　随着温度的降低 ,浆液中淀粉分子的动能减 少 ,分子呈定向排列 ,使得粘度升高 ,出现凝胶状 ,无 法使用。 2.4 　在调制淀粉浆液时 ,由于淀粉浆的完全糊化温 度高 ,一般在 85～90 ℃,消耗能量多 ,在上浆过程 中 ,必须高温上浆 ,造成热能量的浪费。 3 　变性淀粉的特性 变性淀粉是经过物理、化学和酶法处理以后 ,形 成的一种具有新的性质的淀粉衍生物。变性淀粉的 种类有很多 ,有用氧化剂氧化后的氧化淀粉 ,酸处理 后的酸解淀粉 ,有用 Co60γ射线等高频射线处理后 的转化淀粉 ,引入官能团或基团 ,使淀粉性质发生相 应变化的脂化淀粉 ,醚化淀粉 ,还有用叔胺或季胺处 理的阳离子淀粉等各种变性淀粉。 3.1 　反应机理。以酸解淀粉为例。酸解淀粉又叫 酸化淀粉 ,是淀粉大分子在酸性条件下 ,发生水解断 裂 ,降低淀粉大分子的聚合度。聚合度的降低 ,使得 淀粉的粘度降低 ,改变淀粉浆液的流变性能。反应 式如下 : 　　当反应达到一定程度时 ,立即用碱中和所含的 酸 ,可得到相应聚合度的酸解淀粉。聚合度不同 ,浆 液的流度也就不一样。流度代表着流体的流动能 力。流度越大 ,粘度越低。因此 ,适当掌握酸解淀粉 的聚合度 ,是掌握经纱上浆量的有效途径之一。 3.2 　变性淀粉的性能。变性淀粉的性能 ,随加工方 法而异。也就是在选择相应的条件下 ,采取不同的 试剂 ,就得到不同的变性淀粉 ,但主要性能表现在以 下几方面 : 3.2.1 　颗粒状态。变性淀粉在室温下 ,外观洁白 , 显微镜下观察仍呈颗粒状。在水中加热后观察 ,经 向有明显裂纹 ,粒子很容易粉碎 ,颗粒膨胀率很低 , 说明糊化温度有所降低。 3.2.2 　分子量。由于聚合度的降低 ,淀粉的分子量 也明显下降 ,这是淀粉大分子主链在试剂作用下发 生断裂的原因 ,但有的淀粉如淀粉酯 ,淀粉醚等 ,是 引入的官能团或各种基团 ,因而 ,分子量有所提高。 3.2.3 　溶解性。淀粉大分子中含有多量的羟基 ,使 它呈良好的亲水性。但淀粉并不溶于水 ,是由于羟 基以氢键缩合状态存在 ,分子间有巨大的聚集力 ,阻 止了水分子对淀粉颗粒的渗透及溶剂化作用。但由 于聚合度的降低 ,粘度下降 ,使其在热水中的可溶性 成分提高。酸解淀粉一般能溶解 20% ～30%, 而糊 精几乎 100% 溶于水。 3.2.4 　粘附性和成膜性。变性淀粉对亲水性纤维 有较好的粘附性。由于聚合度下降 ,流动性提高 ,使 得浆液可以直接进入纱线内部 ,增加了渗透 ,使上浆 保持均匀 ,达到较高的上浆率。变性淀粉的成膜性 能 ,随变性淀粉的种类不同而有所变化。酸解淀粉 , 糊精 ,交联淀粉等浆液的成膜与原淀粉浆液基本相 同 ,浆膜硬而脆 ,浆膜强度没有明显损失 ,而伸长下 降很多。这是因为淀粉大分子断裂 ,分子间引力降 低所造成的。对于淀粉酯和淀粉醚类变性淀粉 ,由 于引入的是官能团或基团 ,改变了淀粉分子间的排 列 ,使得浆膜呈现柔韧性 ,玻璃化温度降低。 3.3 　上浆应用。变性淀粉具有浆液粘度热稳定性 好 ,流动性好 ,容易浸透 ,改善了成膜性 ,使浆纱易于 被覆 ,浆纱光滑 ,耐磨。作为毛浆料 ,可用于棉、麻、 粘胶等中 ,低支纱线上浆。淀粉变性后 ,其价格比天 然淀粉高 ,但与化学浆料相比 ,价格仍很低。所以 , 作为混合浆 ,变性淀粉与化学浆料按一定比例混用 , 可降低化学浆料上浆成本 ,适用于涤棉纱、涤粘纱、 涤麻纱等中、高支纱线 ,代替比例一般在 10% ～ 30%, 有的已达到 50% 左右。从现有资料表明 ,用 变性淀粉上浆 ,不仅可以降低浆纱成本 ,而且还能进 一步改善浆纱质量 ,浆膜完整 ,易于分纱。织造上还 可以减少断头率 ,提高产品质量。 收稿日期 :2004 年 1 月 8 日 ·97·　2004 年第 10 期 　　　　　　　　　蓝新宇 　淀粉与变性淀粉