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淀粉浆料的糊化特性研究

更新时间:2016-07-05

0 引 言

作为三大浆料之一的淀粉在浆纱工艺中的应用已经有很久的历史,它是一种易降解、可再生、无毒害的自然资源。 在注重环境保护问题的今天, 对其应用及开发倍受关注,目前浆纱生产工艺中广泛使用的淀粉浆料有天然淀粉和变性淀粉[1]。天然淀粉包括玉米淀粉、木薯淀粉、马铃薯淀粉等,目前用于上浆工艺的以玉米为主;变性淀粉包括酯化淀粉、酸解淀粉、氧化淀粉、接枝淀粉、醚化淀粉、交联淀粉等[2]

浆料的糊化温度、黏度及黏度热稳定性直接影响了浆料的浆纱性能,因此研究淀粉的糊化特性很有必要。淀粉浆液随着温度的升高,黏度会随着糊化的进行有所变化,实验通过玉米淀粉、氧化淀粉、A115淀粉、SPR淀粉浆液黏度的变化及黏度热稳定性来反映淀粉的糊化特性。其中A115淀粉和SPR淀粉属于醚化淀粉。糊化的过程非常复杂, 它通常伴随着透明度、黏度的变化和再结晶等现象。其本质是水分子进入淀粉颗粒后,使结晶区和非结晶区的淀粉分子间的氢键断裂,破坏淀粉分子之间的缔合状态,从而使淀粉小颗粒分散于水中形成亲水性的胶体溶液[3]。通过对四种淀粉浆料的糊化温度、黏度和黏度热稳定性进行比较分析,得出利于低温上浆的浆料。目前我国浆纱一般使用传统的高温上浆( 90℃以上)工艺[4],但高温上浆中会存在一些问题:一是高温煮浆及保持浆槽中浆液的温度会消耗大量资源,不利于环保且浆纱成本高[5];二是浆液温度(95℃~98℃)和车间温度(30℃)之间差异较大,浆液表面易冷凝而结成浆皮,其黏附在纱线上经烘干就会产生浆斑,从而影响浆纱的质量[6]。因此,为了提高浆纱的质量以及降低资源的消费,需要对低温上浆进行研究。其次比较四种淀粉浆料的糊化特性,为工厂中的实际上浆工艺提供参考。

1 实验部分

1.1 材料与仪器

实验材料:玉米淀粉(陕西宝鸡眉县淀粉厂);氧化淀粉(山东帛方纺织公司);A115淀粉(常州乐高纺织品有限公司);SPR淀粉(常州乐高纺织品有限公司);

实验仪器:YT821型漏斗式黏度计(常州第一纺织设备有限公司);HH-2型恒温水浴锅(常州国华电器有限公司)

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1.2 测试方法

用YT821型漏斗式黏度计(3号孔)测浆液的黏度,测试时,用右手将漏斗浸入浆液中,上下多次运动,在一定深度的液体中放置,使漏斗与液体温度相同后再迅速的将漏斗提起离开液面10cm高度,同时左手用秒表计时,待全部液体从漏斗中流出,开始出现断续状态时记录下所需时间,多次反复求其平均值[7]。以浆液从黏度计中漏完所需秒数来衡量浆液的黏度大小。使用此方法操作方便简单,为调浆和上浆更加符合生产实际。

黏度波动率

其中:η1为在95℃保温1小时测得的黏度值(s);maxη-η1为后五次黏度值的极差;

其中,玉米淀粉的黏度热稳定最差。变性淀粉和玉米淀粉的性质不同,这是因为变性淀粉经过物理和化学等手段处理,引入了一些亲水性基团来改变天然淀粉的性质,使变性淀粉极性变大,加强了与水的亲和力,且有较好的抗凝沉性和黏度热稳定性,以及较高的膨胀度、透明度等,对改善淀粉的浆纱性能具有重要作用。 因而变性淀粉具有广阔的应用性[8]

具体操作如下:

测试结果与分析:

(1)

调制700mL浓度为6%的淀粉浆液放入800mL的烧杯中,恒温水浴加热,每10℃测一次黏度,加热至95℃后保温半小时测试黏度值,在以后的3小时内,每半小时测一次,用秒表记录黏度值。在保温1小时测得的黏度即为浆液的黏度值,最后绘出黏-温、黏-时曲线。计算公式如下:

黏度热稳定性(%)=100-黏度波动率

(2)

2 测试结果与分析

2.1 淀粉浆液糊化温度测试结果

表1 各淀粉的糊化温度 温度/℃

玉米淀粉氧化淀粉SPR淀粉A115淀粉71684765

淀粉在糊化过程中黏度变化显著,且长时间不搅拌时不会沉淀,此时说明淀粉浆液糊化。

测试结果与分析:

四种淀粉的糊化温度:玉米淀粉>氧化淀粉>A115淀粉>SPR淀粉

其中玉米淀粉中直链淀粉的含量高,破坏分子间的氢键需要外能,而分子间的结合力越大,分子排列结构越紧密,其拆开微晶束所需要的能量就越大,因而糊化温度就高。除玉米淀粉外,其他三种淀粉的糊化温度相对较低,可以研究低温上浆工艺。

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2.2 淀粉浆液黏度、黏度热稳定性测试结果

表2 各淀粉浆液黏度、黏度热稳定性测试结果

黏度/s黏度波动率/%黏度热稳定性/%玉米淀粉196148852氧化淀粉5178922SPR淀粉6630970A115淀粉5636964

测试结果与分析:

煮浆过程中,氧化淀粉、SPR淀粉、A115淀粉浆液的黏度先随温度的升高而缓慢增大,随着温度的升高,浆液开始糊化,其黏度迅速上升达到最大值,糊化完成后,浆液的黏度随温度的升高而下降,并随保温时间的延长趋于稳定。

与三种变性淀粉相比,玉米淀粉的黏度很大,这是由于玉米淀粉中的支链淀粉含量高,聚合度大,支链淀粉在热水中膨胀,使浆液变得黏稠。在上浆过程中,浆液的黏度不宜过大,黏度越大浆液越黏稠,则流动性就越差,直接影响浆液对经纱的被覆和浸透能力。

(2)黏度热稳定性:SPR淀粉>A115淀粉>氧化淀粉>玉米淀粉

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2.3 淀粉浆液黏-温、黏-时曲线

图1 玉米淀粉的黏-温、黏-时曲线

图2 氧化淀粉的黏-温、黏-时曲线

图3 SPR淀粉的黏-温、黏-时曲线

注:煮浆过程中,SPR淀粉浆液为淡黄色,在糊化进行过程中有少量泡沫出现。

图4 A115淀粉的黏-温、黏-时曲线

注:由于客观因素,玉米淀粉浆液温度升至最高温为88℃,氧化淀粉为95℃,SPR淀粉和A115淀粉为90℃。

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2.1.2 保养不到位。例如,对空气滤清器、机油滤清器等构件未清理到位,导致进入柴油机中的空气不清洁,摩擦中产生硬质的磨粒,导致气缸套发生磨粒磨损;未及时发现冷却系统及润滑系统的故障,进而导致发动机过热、润滑油变质,因为发动机过热导致气缸塞间隙变小,对润滑油膜产生影响,进而使气缸套磨损加剧;发动机经过大修之后,气缸套安装的位置不合理,导致气缸套与曲轴中心不垂直,进而造成活塞与气缸套之间的偏磨损,导致发生摩擦。

(1)各淀粉的黏度:玉米淀粉>SPR淀粉>A115淀粉>氧化淀粉

文献[5]报道了一种采用电催化氧化-化学沉淀耦合工艺处理化学镀镍废水的方法:向化学镀镍废水中加入17 g/L的氯化钠,用电解法破坏配位剂和次磷酸钠等还原性物质,再以氧化钙沉淀镍和磷酸根。该方法不仅耗电量大,而且对废水处理设备腐蚀严重,不太适合规模化的化学镀镍废水处理。

玉米淀粉的黏度先随温度的升高几乎不变,后随着糊化的进行黏度迅速增大,当黏度增至最大值后又随着温度的升高而下降,并随着保温时间的延长缓慢下降。测得的玉米淀粉黏度变化与理论的玉米黏温、黏时曲线有一定的差距,这是由于浆液的黏度与搅拌的速度和浓度有关,实验采用玻璃棒搅拌浆液,与搅拌器相比,搅拌器的剪切力可降低浆液的黏度,只有不停地搅拌,测得数据才能更加准确、可靠。同时,煮浆过程中会有水分的蒸发,导致浆液浓度稍有改变,使测得的黏度偏大,在煮浆过程中,为避免水分的减少,应定时补充少量水分,使得浆液浓度保持不变[9]。必要情况下,可采取保鲜膜等材料以减少水分蒸发。

3 结论

(1)煮浆过程中,淀粉的黏度一般先随温度的升高而略有增大,随着温度的升高,浆液开始糊化,其黏度迅速上升达到最大值,糊化完成后,浆液的黏度随温度的升高而下降,并随保温时间的延长趋于稳定。

(2)黏度及黏度热稳定性:玉米淀粉的黏度最大,不利于浆液对纱线的浸透,且黏度热稳定性最差;而三种变性淀粉的黏度热稳定性均比玉米淀粉好。

2.规范性文件附带审查。以往行政诉讼的客体限于行政行为,因此,行政相对人对社会救助提起诉讼,仅能就行政机关的给付决定作出合法性的判断,至于被行政机关作为给付依据的政策文件是难以进入司法审查的范围中的。正如上文所说,社会救助领域充斥着层级不同、效率混乱的政策文件,对社会救助权的保障,某种程度即是拨开政策文件的迷雾,找到隐藏在其背后的法律真意。“行政给付诉讼中最不易解决,还没有引起学术界广泛注意的焦点是对‘政策’的合法性审查。”[15]

(3)淀粉浆液的糊化温度:玉米淀粉糊化温度最高,不能低温上浆;三种变性淀粉的糊化温度相对较低。

(4)低温上浆建议:经综合分析,三种变性淀粉的糊化特性、黏度及黏度热稳定均优于玉米淀粉,且糊化温度低,可进行低温上浆以降低浆纱成本。SPR淀粉低温上浆效果好,但氧化淀粉的成本低。

参考文献

[1] 陈忠祥,胡政平,蒋伟峰.淀粉的糊化及添加剂对其糊化温度的影响[J].化学与黏合,2003(2):91-93.

[2] 崔鸿钧,李丽君,陈爱香.现代机织技术[M].上海:东华大学出版社,2010:71-74.

[3] 范雪荣,荣瑞萍,纪惠军.纺织浆料检测技术[M].北京:中国纺织出版社,2007:10.

[4] 本德萍,郭晓玲.酶解淀粉在纯棉纱低温上浆中的应用[J].棉纺织技术,2011(8):48-50.

[5] 王学绂,翟仲元,孙国珍,等.纯PVA低温上浆的探讨[J].纺织学报,1982(8):53-54.

[6] 程富深,康庆发,高瑜静.涤黏细布用DDF混合浆低温上浆[J].棉纺织技术,1994(5):41-43.

[7] 朱苏康,祝成炎.机织实验教程[M].北京:中国纺织出版社,2015:31.

[8] 岳晓霞,毛迪锐,赵全,等.玉米淀粉与玉米变性淀粉性质比较研究[J].食品科学,2005(5):116-118.

[9] 赵其明,崔瑞芳,王文淑,等.变性淀粉浆液黏度的测试方法研究[J].纺织学报,2002(3):30-31.

李媛,钱现
《纺织科学与工程学报》2018年第02期文献

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