一步法反应型挤出两亲性淀粉过程中的相变及其机理研究

反应挤出改性可使聚合物性能多样化、功能化、生产连续化，同时具有无污染、低能耗、无需稀释剂和工艺简单等优点而日益受到重视。本研究以天然高分子淀粉为原料，在系统研究淀粉的流变学和相变、及对双螺杆挤出机进行改装的基础上，采用特殊挤出工艺和过硫酸盐复合引发体系，将疏水性和非离子亲水性链段在连续同向双螺杆自清理反应型挤出机中，经一步反应协同引入到淀粉分子链上，从而合理调配淀粉的亲水和疏水性能。通过系统研究淀粉接枝聚合反应系统在挤出过程中的一系列相变（膨胀、糊化、熔融等）变化，从反应机理、动力学及过程控制等方面探讨相变中物理场因子、化学因子及淀粉挤出过程中特有的物理、化学变化对挤出效率的影响规律，建立两亲性淀粉的微观结构与性能间的关系。以期解决制约天然高分子挤出改性过程中的关键技术问题，为天然高分子反应挤出改性的科技进步和发展提供理论指导。

反应挤出具有无污染、低能耗和工艺简单等优点，本课题系统地研究天然高分子材料淀粉在此体系中的流变学、相变行为及相关机理，同步将亲水及疏水侧链基团修饰到淀粉分子链上，同时通过探讨产物结构与性能的关系，及改变及调控反应关键因素，制备性能可控的淀粉基材料。研究结果表明：因剪切力可直接破坏淀粉颗粒的结晶结构，故在剪切力作用下淀粉颗粒只需较少的水分就能达到完全糊化。由于剪切作用及温度对分子链断裂均有影响，所以可以通过调控挤出体系中的剪切力及温度来调控淀粉分子量的降解程度，从而为反应挤出提供理论指导。同时，通过研究不同来源淀粉对淀粉基吸水树脂结构及性能关系，发现淀粉基高吸水树脂三维网络结构网格大小与吸水性能及吸水速率的影响规律，即：大网格有利于提高吸水速率，但会降低其吸水能力。本项目组继而以尿素颗粒为内核，乙基纤维素、淀粉基高吸水树脂分别为第一层、第二层载体材料成功制备了淀粉基缓释肥料。其释放研究表明，双层载体包衣缓释肥料可实现24h在水溶液中释放尿素颗粒40%，且小网格淀粉基吸水树脂的化肥缓释效果更优，从而实现尿素颗粒的缓释性能。除此而外，本项目利用异佛尔酮二异氰酸酯（IPDI）及不同链长烷醇实现了对淀粉膜的疏水改性。研究结果表明，疏水改性增大了水在淀粉膜表面的接触角，降低了淀粉膜的表面能。因此，对淀粉膜表面进行的疏水改性降低了淀粉膜对水的敏感程度，增强了淀粉膜的使用性能。本项目从反应机理、动力学及过程控制等方面探讨相变中物理场因子、化学因子及淀粉挤出过程中特有的物理、化学变化对挤出效率的影响规律，建立两亲性淀粉的微观结构与性能间的关系，为天然高分子反应挤出改性的科技进步和发展提供理论指导。