淀粉接枝涂布纸胶乳的合成及表征

摘要

本论文围绕淀粉接枝涂布纸胶乳的合成及应用展开研究。首先将木薯淀粉酶解或氧化改性，然后与苯乙烯、丙烯酸正丁酯接枝共聚，合成了酶解淀粉接枝聚苯乙烯-丙烯酸丁酯(EDS-g-P(St-BA)胶乳和氧化淀粉接枝聚苯乙烯-丙烯酸丁酯(OS-g-P(St-BA)胶乳，通过傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、核磁共振(NMR)、热重(TG)、差示扫描量热分析(DSC)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、凝胶渗透色谱(GPC)、动态光散射等方法对产物进行表征，并研究了两种胶乳的涂布应用性能。
　　(1)使用α-淀粉酶将木薯淀粉催化水解，以过硫酸铵为引发剂，N,N'-亚甲基双丙烯酰胺为交联剂，采用无皂乳液聚合方法制备EDS-g-P(St-BA)胶乳。实验结果表明，经过降解的酶解淀粉的分子量和糊化液粘度明显降低，还原糖含量增加。酶解淀粉除了可以代替部分单体，还具有很好的分散稳定作用，在不加入乳化剂的情况下制备的EDS-g-P(St-BA)胶乳具有较好的胶体稳定性。淀粉的降解程度越大，接枝水平越低，乳液粒径越大。通过TG和DSC表征发现，酶解淀粉的加入可以提高共聚物热稳定性，EDS-g-P(St-BA)共聚物的玻璃化转变温度（Tg）较不含淀粉的苯丙共聚物升高。EDS-g-P(St-BA)胶乳的最佳合成条件为:淀粉糊化液浓度1mol/L，α-淀粉酶用量5U/g，酶作用时间10min，单体浓度3.6mol/L，单体比例St∶BA=3∶7，引发剂浓度7×10-3mol/L，反应温度80℃、反应时间4h时，单体转化率98％、接枝率238％、接枝效率72％，淀粉在共聚物中的比例35％，接枝水平和聚合物中淀粉比例均得到较大提高。
　　(2)以H2O2为氧化剂、Cu2+为催化剂制备氧化淀粉并进行表征，发现氧化可以有效降低淀粉糊化液粘度，提高固含量。以氧化淀粉为接枝主链，过硫酸铵为引发剂，Tween80为乳化剂，采用乳液聚合方法合成OS-g-P(St-BA)胶乳。通过对反应产物进行表征发现，氧化淀粉浓度除对接枝水平有较大影响外，对胶乳粒径和Zeta电位也存在影响。氧化淀粉浓度增加，胶乳粒径变小，Zeta电位变大。氧化淀粉的羧基电离使乳胶粒带负电荷，因此接枝的氧化淀粉可以结合静电排斥和空间位阻效应提高OS-g-P(St-BA)胶乳的稳定性。通过TG和DSC表征发现氧化淀粉的加入同样可以提高胶乳的Tg和热稳定性。基于响应面法设计四因子三水平的BBD实验对反应条件进行优化，发现氧化淀粉浓度、单体浓度、引发剂浓度和反应温度均对接枝率、接枝效率存在显著影响，最佳合成条件为:氧化淀粉浓度6.82％、引发剂浓度0.31％，苯乙烯和丙烯酸丁酯浓度均为20％，反应温度70℃时，最大接枝率为293％;当氧化淀粉浓度为10％、引发剂浓度0.27％、单体浓度18.09％、反应温度70℃时，最大接枝效率为40％。经实验验证，实际值与预测值较为接近，证明所建立模型的准确度较高。
　　(3)将EDS-g-P(St-BA)胶乳以不同比例与传统苯丙胶乳混合，用作涂料黏合剂并进行涂布应用实验，通过对涂料及涂布纸性能进行表征发现:随着EDS-g-P(St-BA)胶乳在混合胶乳中的比例增加，涂布纸的白度、光泽度和Cobb值变化不大，纸张表面干强度得到改善，纸张平滑度、印刷光泽度、油墨吸收性和湿强度性能出现下降，但当EDS-g-P(St-BA)胶乳在混合胶乳中的比例小于70％时，性能下降不显著。在胶乳中添加交联剂有助于改善纸张性能，当交联剂用量从1％增加至3％时，对涂布纸性能的改善作用明显。涂布纸性能下降并未影响到纸张印刷性能，完全使用EDS-g-P(St-BA)胶乳作为黏合剂生产的涂布纸也表现出良好的印刷效果。
　　(4)将OS-g-P(St-BA)胶乳按不同比例与传统苯丙胶乳混合，用作涂料黏合剂并进行涂布应用实验，通过对涂料及涂布纸性能进行表征发现:随着OS-g-P(St-BA)胶乳在混合胶乳中的比例增加，除纸张白度变化不大外，光泽度、印刷光泽度、平滑度、油墨吸收性、Cobb值和表面强度均出现下降，当OS-g-P(St-BA)胶乳在混合胶乳中的比例小于50％时，纸张平滑度、印刷光泽度、油墨吸收性和湿强度变化不大。当OS-g-P(St-BA)胶乳在混合胶乳中的比例小于70％时，生产出的涂布纸可以获得较好的打样效果。

目录

摘要

1 文献综述

1．1 课题背景

1．2 合成胶乳概述

1．2．1 合成胶乳的现状

1．2．2 合成胶乳的研究进展

1．3 淀粉及淀粉改性

1．3．1 淀粉

1．3．2 变性淀粉

1．4 淀粉接枝物

1．4．1 淀粉接枝物的制备方法

1．4．2 淀粉接枝物的研究现状

1．4．3 淀粉接枝胶乳的研究现状

1．5 研究意义与研究内容

1．5．1 研究意义

1．5．2 研究内容

2 酶解淀粉接枝聚苯乙烯-丙烯酸丁酯胶乳的合成及表征

2．1 引言

2．2 实验方法

2．2．1 实验材料

2．2．2 实验仪器

2．2．3 EDS-g-P(St-BA)胶乳的合成

2．2．4 酶解淀粉的表征

2．2．5 EDS-g-P(St-BA)胶乳的表征

2．2．6 EDS-g-P(St-BA)聚合物的表征

2．3 结果与讨论

2．3．1 酶解淀粉的表征

2．3．2 EDS-g-P(St-BA)胶乳的合成分析

2．3．3 EDS-g-P(St-BA)聚合物结构表征

2．3．4 EDS-g-P(St-BA)聚合物的热稳定性表征

2．3．5 EDS-g-P(St-BA)胶乳的形态学表征

2．3．6 EDS-g-P(St-BA)胶乳的胶体稳定性表征

2．3．7 聚合物侧链分子量表征

2．3．8 EDS-g-P(St-BA)聚合物的接枝水平表征

2．4 本章小结

3 氧化淀粉接枝聚苯乙烯-丙烯酸丁酯胶乳的合成及表征

3．1 引言

3．2 实验方法

3．2．1 实验材料

3．2．2 实验仪器

3．2．3 OS-g-P(St-BA)胶乳的合成

3．2．4 氧化淀粉的表征

3．2．5 OS-g-P(St-BA)胶乳的表征

3．2．6 OS-g-P(St-BA)聚合物的表征

3．3 结果与讨论

3．3．1 氧化淀粉的表征

3．3．2 OS-g-P(St-BA)聚合物结构表征

3．3．3 OS-g-P(St-BA)聚合物的热稳定性表征

3．3．4 OS-g-P(St-BA)聚合物的形态学表征

3．3．5 OS-g-P(St-BA)胶乳的Zeta电位表征

3．3．6 OS-g-P(St-BA)胶乳的胶体稳定性表征

3．3．7 聚合物侧链分子量表征

3．3．8 OS-g-P(St-BA)胶乳合成条件的优化

3．4 本章小结

4 淀粉接枝共聚物胶乳的涂布性能研究

4．1 引言

4．2 实验方法

4．2．1 实验材料

4．2．2 实验仪器

4．2．3 涂料配制

4．2．4 涂布实验

4．2．5 涂料性能表征

4．2．6 涂布纸性能表征

4．3 结果与讨论

4．3．1 涂料性能表征

4．3．2 EDS-g-P(St-BA)胶乳对涂布纸性能影响

4．3．3 OS-g-P(St-BA)胶乳对涂布纸性能影响

4．3．4 两种胶乳性能对比分析

4．4 本章小结

结论

参考文献

致谢

攻读学位期间所获得成果目录

声明