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新型淀粉基表面活性剂的制备及性能研究

作　者: 孙丹丹
导　师: 张宏伟
学　校: 华南理工大学
专　业: 制浆造纸工程
关键词: 木薯淀粉机械活化结构性能表面性能复配性
分类号: TQ423
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

随着生活水平的提高,人们对洗涤用品的安全性能要求越来越高。传统的表面活性剂是以石油和天然油脂为原料,但石油存在资源枯竭、价格上涨的可能,迫使人们去寻找新的原料来源。以淀粉为原料制备的高分子表面活性剂具有无毒、无污染、易生物降解等特点,可广泛应用于食品工业、农业、洗涤剂、化妆品等领域,是表面活性剂工业一个重要的发展方向。本论文以木薯淀粉为原料,通过物理、化学的方法,制备具有特殊表面性质的表面活性剂。利用各种分析手段,对阶段性产物的结构与性能进行表征。对木薯原淀粉进行机械球磨,探讨了机械活化对木薯淀粉结构和性能的变化。研究结果表明:机械活化对木薯淀粉的表面结构有严重的破坏作用,颗粒出现裂缝和碎片,结晶结构破坏,晶格尺寸变小,甚至残缺。淀粉颗粒的粒径得到有效降低,比表面积增大,淀粉分子中游离羟基数量增多,反应活性提高,随着活化时间的延长,溶解度增大,糊液黏度减小,黏度稳定性增加。将活化木薯淀粉与氧化剂在CuSO4·5H2O催化的条件下反应,以羧基含量为评价标准,较佳工艺为:反应时间1.5h,反应温度40℃,氧化剂用量10%绝干淀粉,催化剂用量0.1%绝干淀粉,pH=9,在此条件下可制得羧基含量为0.24的氧化淀粉。对氧化后淀粉的结构和性能进行分析,结果表明:氧化后木薯淀粉颗粒表面质感疏松,出现深浅不一的凹痕及缺陷,氧化程度较大时,淀粉被降解生成很多碎片,且大量黏在一起;氧化淀粉的结晶结构与球磨6h的木薯原淀粉基本相同。另外,氧化淀粉的羧基含量越高,糊液的透明性越高,析水率越低,凝沉性越弱,冻融稳定性越好。研究了木薯氧化淀粉与十二烯基琥珀酸酐（DDSA）的反应,探讨DDSA用量对产物取代度的影响,并对结构和性能进行研究。研究结果表明,不同羧基含量的木薯氧化淀粉制备高取代度SSDS所需的DDSA量不同。SSDS的红外光谱图显示,在1566 cm^-1出现新的吸收峰,它代表的是C=C的特征吸收峰,说明SSDS制备成功。SSDS的结晶结构与氧化淀粉基本相同,取代度越高,淀粉颗粒表面受损越严重,糊液的透明性增大,凝沉性越弱,表面张力越低,最低达到31.408mN/m。与APG的复配结果显示,表面张力可达到APG的标准,但表面活性较低。研究了木薯淀粉的多元改性制备方法,并对不同方法制备的表面活性剂的性能进行测定。研究结果表明,合成的两性表面活性剂具有较低的表面张力,LX48产品可达26.347 mN/m,MLX3产品为27.515 mN/m,分别比APG的表面张力低8.2%和4.1%,与APG复配后表面张力分别下降至26.123 mN/m和27.067 mN/m,乳化能力分别为87.3和90.1,表面活性较优。

全文目录

摘要  6-8
ABSTRACT  8-13
第一章绪论  13-27
  1.1 淀粉的概述  13-15
  1.2 淀粉基表面活性剂的研究状况  15-20
    1.2.1 直接利用淀粉法  15-18
    1.2.2 转化利用法  18-20
  1.3 淀粉基表面活性剂的发展前景及存在的问题  20
  1.4 变性淀粉  20-25
    1.4.1 机械活化  21-22
    1.4.2 氧化淀粉  22-25
  1.5 本论文研究的目的、意义及主要内容  25-27
    1.5.1 研究的目的和意义  25-26
    1.5.2 主要研究内容  26-27
第二章机械活化对木薯淀粉结构和性能的影响  27-40
  2.1 材料与方法  27-29
    2.1.1 实验原料  27
    2.1.2 实验仪器  27-28
    2.1.3 实验方法  28-29
  2.2 结果与讨论  29-39
    2.2.1 球磨对木薯淀粉结晶性能的影响  29-32
    2.2.2 球磨对淀粉颗粒粒度分布及其比表面积的影响  32-34
    2.2.3 球磨前后淀粉颗粒表面形态的变化  34-35
    2.2.4 球磨对木薯淀粉分子基团的影响  35-37
    2.2.5 球磨对木薯淀粉溶解度的影响  37-38
    2.2.6 球磨淀粉糊化液黏度的变化  38-39
  2.3 本章小结  39-40
第三章机械活化木薯淀粉的氧化及其性能研究  40-60
  3.1 实验材料  40-41
    3.1.1 实验原料  40-41
    3.1.2 实验仪器  41
  3.2 实验方法  41-44
    3.2.1 标准试剂的配制  41-42
    3.2.2 氧化淀粉的制备  42
    3.2.3 羧基含量测定  42-43
    3.2.4 氧化淀粉的结构分析  43-44
    3.2.5 氧化淀粉的性能测试  44
  3.3 结果与讨论  44-58
    3.3.1 氧化淀粉制备工艺的研究  44-51
    3.3.2 氧化淀粉结构性能的研究  51-55
    3.3.3 氧化淀粉物理性能的分析  55-58
  3.4 本章小结  58-60
第四章十二烯基琥珀酸淀粉酯的制备及性能研究  60-85
  4.1 概述  60
  4.2 实验材料  60-61
    4.2.1 实验原料  60-61
    4.2.2 实验仪器  61
  4.3 实验方法  61-64
    4.3.1 十二烯基琥珀酸淀粉酯的合成方法  61
    4.3.2 产物取代度测定  61-62
    4.3.3 产物纯化实验  62
    4.3.4 十二烯基琥珀酸淀粉酯的结构分析  62-63
    4.3.5 十二烯基琥珀酸淀粉酯的性能测试  63-64
  4.4 结果与讨论  64-79
    4.4.1 氧化淀粉的选择  64-65
    4.4.2 制备十二烯基琥珀酸淀粉酯工艺条件的研究  65-68
    4.4.3 SSDS 的结构分析  68-71
    4.4.4 SSDS 的性能研究  71-79
  4.5 复配性能研究  79-83
    4.5.1 不同复配比例的表面活性剂混合液透明性的研究  79
    4.5.2 不同复配比例的表面活性剂混合液凝沉性的研究  79-80
    4.5.3 不同复配比例的表面活性剂混合液起泡性能的研究  80-81
    4.5.4 不同复配比例的表面活性剂混合液表面张力的研究  81
    4.5.5 不同复配比例的表面活性剂混合液临界胶束浓度的研究  81-82
    4.5.6 不同复配比例的表面活性剂混合液乳化性能的研究  82-83
  4.6 本章小结  83-85
第五章多重改性淀粉表面活性剂的制备及性能研究  85-95
  5.1 实验材料  85-86
    5.1.1 实验原料  85
    5.1.2 实验仪器  85-86
  5.2 实验方法  86-87
    5.2.1 淀粉的改性  86
    5.2.2 产物性能测试  86-87
  5.3 结果与讨论  87-90
    5.3.1 阳离子-阴离子-酯化改性淀粉基两性表面活性剂的制备  87-88
    5.3.2 阴离子-酯化改性淀粉基阴性表面活性剂的制备  88-89
    5.3.3 酶解-阳离子-阴离子-酯化淀粉基两性表面活性剂的制备  89-90
  5.4 复配性能研究  90-93
    5.4.1 复配后表面张力的变化  90-92
    5.4.2 复配后乳化性能的变化  92
    5.4.3 复配后起泡性能的变化  92-93
    5.4.4 复配后透明性的变化  93
  5.5 本章小结  93-95
结论  95-97
参考文献  97-102
攻读硕士学位期间取得的研究成果  102-103
致谢  103

新型淀粉基表面活性剂的制备及性能研究

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