全 文 ：文章编号 :100028551 (2007) 032264204
辐射变性淀粉的制备及浆液性能的研究
陈惠元　丁钟敏　彭志刚　李柏开　李荣歧
(广州辐照技术研究开发中心 ,广东 广州　511495)
摘　要 :以玉米淀粉为原料 ,采用60 Coγ射线对其辐射变性 ,并优化制备条件。对辐射变性淀粉的粘着
力、浆膜、粘度热稳定性等浆液性能进行了研究。结果表明 :辐射变性淀粉在制备工艺上比化学法更简
单和环保 ,在性能上完全可以满足工业应用要求。
关键词 :辐射变性 ;玉米淀粉 ;浆液性能
MANUFACTURING TECHNOLOGY OF IRRADIATION DENATURALIZED
STARCH AND ITS SEROSITY PERFORMANCE
CHEN Hui2yuan 　DING Zhong2min 　PENG Zhi2gang 　LI Bo2kai 　LI Rong2qi
( Guangzhou Research & Development Center for irradiation Technology , Guangzhou , Guangdong 　511495)
Abstract :Corn starch as raw material was irradiated by 60 Coγ2rays to denaturalize and optimize the manufacturing condition.
The serosity performance of the denaturalized corn starch , such as agglutinating strength , chorion , viscidity and the stability to
heat , etc. were analized after irradiation treatment . Compared with chemical manufacturing technologys , the irradiation method
was much simpler and more environment friendly , Irradiated corn starch could meets the requirement of industrial application.
Key words :denaturalization by irradiation ; corn starch ; serosity performance
收稿日期 :2006205215
基金项目 :广州市科研机构科研设备资金项目
作者简介 :陈惠元 (19732) ,女 ,工程师 ,主要研究方向为辐射技术的应用与开发。Tel :020284711271 ; E2mail :huiyuan. ch @1631com
　　变性淀粉广泛应用于纺织、食品、造纸等行业。我
国目前生产变性淀粉方法主要采用化学法 ,该方法的
缺点是淀粉的改性程度控制困难 ,产品质量不稳定 ;反
应不均匀 ,产品提纯及分散液处理困难 ;工艺复杂、成
本高 ,污染严重等。与此同时 ,用辐射加工技术进行高
分子材料的合成与改性发展很快。相对于化学法合成
改性高分子材料 ,辐射法表现出工艺简单、低能耗、少
公害、易自动化、安全可靠等诸多优点[1 ,2 ] 。因此 ,本研
究采用60 Coγ射线辐射引发淀粉产生变性 ,制备变性淀
粉 ,研究其浆液性能 ,为其大规模运用提供理论基础。
1 　材料与方法
111 　原料和设备
试验所用淀粉为市售工业一级品玉米淀粉。
岛津 UV22100 紫外可见分光光度计 ;NDJ - 79 旋 转式粘度计 ;变速电动搅拌器 ,搅拌速度 120rmpΠmin ;天平 ,精确度为 011g ;超级恒温槽。112 　辐射变性淀粉的制备11211 　辐照　辐照在广州辐照技术研究开发中心进行 ,60 Coγ源活度为 9618 万 Ci 辐照剂量用国家计量科学院标定的自制重铬酸盐剂量计测定。分别在分装好的 50g 玉米淀粉中放置重铬酸盐剂量计后有氧辐照 ,辐照剂量设定为 0、4、6、8、10、12kGy。辐照后取出重铬酸盐剂量计进行检测 ,得到实际吸收剂量。经国家计量科学院标定的自制重铬酸盐剂量计。11312 　粘度的测定 　用蒸馏水配制浓度 6 %的淀粉浆液 ,用天平称取折算成干基质量为 54g 的样品量于1000ml 三颈瓶内 ,加入蒸馏水 ,使水与淀粉质量之和为 900g。将三颈瓶放在超级恒温槽上 ,装上冷凝器和搅拌器 ,密闭 ,慢慢加热并不断搅拌 (转速 120 转/min) 。当温度升至 95 ℃时保温 ,用旋转式粘度计进行
462　 核 农 学 报　2007 ,21 (3) :264～267Journal of Nuclear Agricultural Sciences
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测量。
114 　辐射变性淀粉浆液性能测定
11411 　物理化学性质　参照《纺织常用变性淀粉浆料
质量行业标准》(试行稿) 的检测方法对辐射变性淀粉
的共性质量指标进行检测 ,包括外观、蛋白质、斑点、灰
分、含水率、细度、酸度、pH值等。
11412 　粘着力 　配制 1 %浓度的淀粉浆液 2000ml ,置
于 2000ml 烧杯内 ,加盖后放入 95 ℃恒温水浴锅中调温
30min ,使浆液温度升到 95 ℃,将准备好的纯棉粗纱条
框架浸入浆液中 ,5min 后提起自然晾干。将晾干的纱
条剪下 ,恒温恒湿室内放置 24h 后在织物强力仪上测
试上浆粗纱条的断裂强力 (N) ,计算其平均值即为浆
液粘着力。
11413 　浆膜性能 　配制 3 %浓度的淀粉浆液 ,冷却至
50 ℃左右时量取 400ml ,慢慢倒在 650mm ×400mm、厚
5mm 的聚四氟乙烯板上 ,均匀铺满。自然干燥成膜
后 ,将浆膜剥下 ,裁成 220mm ×5mm 条状试样 ,放在恒
温恒湿室内平衡 24h ,分别测定其断裂强度、断裂伸长
率、吸湿率和水溶速率等。
11414 　粘度热稳定性 　配制浓度 6 %的淀粉浆液于
1000ml 三颈瓶内 ,放在超级恒温槽上 ,装上冷凝器和
搅拌器 ,密闭 ,慢慢加热并不断搅拌 (转速 120 转Π
min) 。从温度升到 95 ℃时开始计时 ,每 30min 测 1 次
粘度值 ,共测定 6 次 (3h) ,后 5 次测定粘度值的极差与
95 ℃保温 1h 测定的粘度比值即粘度波动率 , 粘度热
稳定性 ( %) = (1 - 粘度波动率) ×100 %。
2 　结果与讨论
211 　辐射变性淀粉剂量的选择
高能量的γ粒子流与高聚物作用时 ,能使高聚物
的双键断裂 ,产生自由基 ,引发高聚物大分子裂解和交
联。裂解使高聚物分子量降低 ,交联使分子量增大 ,而
通过新官能基团的接枝 ,可以使高聚物具备新的材料
性能[2 ] 。通过γ粒子的高能辐射 ,能将淀粉大分子中
的 C —C 键、C —O 键和 C —H 键打断 ,由于分子的断
裂 ,导致淀粉分子聚合度下降 ,粘度随之降低。通过不
同辐照剂量对粘度的影响 ,挑选可用于上浆用的粘度
范围 ,确定生产该粘度范围变性淀粉的辐照实施剂量。
从表 1 看出 ,淀粉的粘度随辐照剂量的增加而降
低 ,辐照剂量达到 4kGy 后 ,淀粉粘度即可达到 14mPa.
s 以下。在纺织上浆中 ,10～18mPa. s 的粘度是较为常
用的中粘上浆范围 ,而对目前纺织行业提出的“高浓低
粘”的上浆方式 ,粘度要求 < 10mPa. s。因此 ,以上方法
可根据厂家需求制备不同粘度范围的变性淀粉。
表 1 　不同辐照剂量对粘度的影响
Table 1 　Influence of different irradiation
dosages on viscosity
实际吸收剂量
actual absorted dosage
(kGy)
0 319 612 718 1011 1117
粘度
viscosity (mPa. s) 5613 1318 1015 715 516 317
212 　物理化学性能测定
不同剂量辐照后的样品 ,经检测淀粉的基本理化
指标未见明显改变 ,表 2 为辐照 612kGy 淀粉的理化指
标。
表 2 　612kGy 辐射变性淀粉的基本理化性质
Table 2 　Indexes of physical and chemical traits
after 612kGy irradiation
项目
item
参照指标 3
reference index
实测值
actual measured index
外观
appearance
白色粉末 ,有光泽
white powder , lustrous
白色粉末 ,有光泽
white powder , lustrous
蛋白质 (干基)
protein
≤015 % 0148 %
斑点 speckle (s) ≤112 个Πcm2 111 个Πcm2
灰分 ash content ≤015 % 0141 %
含水率 moisture content ≤14 % 1313 %
细度 fineness ≥9910 % 9915 %
酸度 acidity ≤210ml 118ml
pH 615～715 619
　　注 :表中的参照指标为 GB12309 - 1990 一级品要求。
Note :The reference indexes above are GB 12309290 requirements for first
class quality.
浆料的基本物理化学性能如色泽、含水、pH 值等
是浆料使用时确定配方的重要依据 ,尤其是对外观有
较高要求的产品 ,浆料的色泽和外观对上浆后坯织物
的色泽具有较重要的影响。pH 值和浆料的含水率也
是制定产品浆料配方时必须掌握的。表 2 表明以上各
项指标均符合使用标准。
213 　粘着力测定
浆液粘着力是浆料质量的重要标志 ,粘着力的大
小与浆料本身的内聚力和浆料与纤维之间的粘附性能
有关。浆料的粘附性能可以由粘着力大小来反映 ,浆
液的粘着力大 ,则浆料本身的内聚力大、对纤维的粘附
性能好。粘着力的测定对实际生产运用有直接的指导
作用 ,其检测有“粗纱实验法”和“织物条实验法”。本
试验采用“粗纱实验法”,由于纤维排列整齐的粗纱本
562　3 期 辐射变性淀粉的制备及浆液性能的研究
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身强力很小 ,可以通过测试上浆后粗纱的强力来间接 反映浆液的粘着力 ,测试结果见表 3。
表 3 　几种浆料的粘着力比较
Table 3 　Comparison in adhesion among different slurrys
项目
item
辐射变性淀粉
radiation
denatured starch
(612kGy) 氧化淀粉oxidized starch(DM) 磷酸酯淀粉phosphatidestarch (DM) 辐射变性淀粉PVA 混合 (4∶1)mixture betweenradiationdenatured starch
and PVA (4∶1)
磷酸酯淀粉
PVA 混合 (4∶1)
mixture between
phosphatide
starch ( DM) and
PVA (4∶1)
氧化淀粉 PVA 混合 (4∶
1)
mixture between oxidized
starch (DM) and PVA (4∶
1)
纯棉粗纱条断裂强力
rupture mightiness of cotton
low count yarn (N)
5816 5514 5718 6814 6518 6115
涤棉粗纱条断裂强力
rupture mightiness of
polyester fiber trueran (N)
10615 10119 10516 11714 11112 10816
　　注 :PVA 为聚乙烯醇 ;DM为东莞东美食品有限公司的变性淀粉产品 (化学法生产) 。
Note :PVA is the polyvinyl alcohol ;DM is the’s denatured starch product of Dongmei Food Co. ,Ltd , produced by chemical process.
　　从表 3 看 ,辐射变性淀粉粘着力比化学法生产的
氧化淀粉有明显提高 ,与磷酸酯淀粉相当 ,但与聚乙烯
醇 (PVA)混合后粘着力显著提高。原因可能是在高能
射线作用下生成的自由基使淀粉颗粒中分布着许多活
性粒子 ,在有氧条件下 ,自由基能与氧气迅速结合 ,生
成室温下较稳定的 (氢) 过氧化物[3 ,4 ] 。经高能射线变
性的淀粉 ,因 (氢)过氧化物和陷落自由基的存在 ,溶解
时在高温和水溶液中过氧化物分解 ,重新给出活化的
自由基 ,与溶液中的某些单体和聚合物发生反应 ,而这
种反应使原本不是热力学相溶的几种粘着剂联系成一
体 ,进而改善了浆液中几种主浆料之间热力学相溶的
问题 ,使浆料的粘附性技术指标有极大的改善。
214 　浆膜性能测定
为了提高经纱的可织造性能 ,要求浆膜具有一定
的强韧性 ,同时应具有良好的溶解性能及较低的再粘
性。表 4 显示了辐照变性淀粉浆膜的断裂强度、断裂
伸长率、吸湿率和在 50 ℃和 80 ℃水中的水溶速率。由
表 4 可以看出辐射变性淀粉浆液的浆膜强度、伸度适
中 ,完整率高 ,吸湿性、水溶性均好。适当的浆膜吸湿
性 ,可使浆纱保持柔软且富有弹性 ,以适应织造时纱线
承受的反复曲伸 ;对于合成纤维纱线来说 ,还有利于消
除摩擦静电的产生。
表 4 　浆膜性能测定结果
Table 4 　Outcome of chorion functions (after examination)
项目
item
断裂强度
rupture mightiness
(NΠmm2) 断裂伸长率rupture elongation( %) 吸湿率moisture absorption( %) 水溶速率solubility rapidity(s)50 ℃ 80 ℃
辐射变性淀粉 (612 kGy)与 PVA 混合 (9∶1)
mixture between radiation denatured starch
(612kGy) and PVA 3916 217 1419 418 216
　　注 :吸湿率测定的温湿度分别为温度 23 ℃,相对湿度 65 %。
Note : Measurement condition : 23 ℃, relative humidity 65 %.
215 　粘度热稳定性测定
粘度热稳定性直接关系到上浆率的大小和上浆的
均匀性。质量良好的浆料应具有良好的粘度热稳定
性 ,按目前中国棉纺织行业协会颁布的纺织常用变性
淀粉浆料质量行业标准 ,一般情况下应保证浆液的粘
度波动率 < 15 %。经对本试验变性淀粉浆料的粘度稳
定性进行测定 (表 5) ,并根据公式计算出该浆料的粘
度波动率 ,612kGy 辐照的淀粉为 1313 % ,1011kGy 辐照
的淀粉为 1412 %。说明浆液的粘度是稳定的 ,完全满 足实践生产的要求。表 5 　两种剂量辐照变性淀粉在 95 ℃的粘度变化值Table 5 　Viscosity variations of denaturedstarch by irradiation at 95 ℃ (mPa. s)保温时间time (min) 60 90 120 150 180 210 240612kGy 1015 1013 918 914 915 912 8191011kGy 516 516 515 513 419 510 418
662 核　农　学　报 21 卷
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3 　结论
本试验采用60 Coγ射线辐射制备变性淀粉 ,由于γ
射线有很强穿透性 ,能对淀粉进行深部均匀照射 ,产生
自由基 ,引发反应 ,不需添加化学引发剂 ,从而避免了
化学法的诸多缺点。该工艺可常温常压生产变性淀
粉 ,淀粉改性度只与辐照加工剂量有关 ,辐射加工剂量
的控制也只需控制辐照时间即可。所以 ,辐射法生产
改性淀粉的工艺参数重复性良好 ,生产的产品质量稳
定。且该制备方法工艺简单、操作方便、改性程度稳
定、易控 ,产品质量和生产成本均优于化学变性淀粉。
同时 ,在对其浆液进行性能研究的结果也表明 ,辐射改
性淀粉浆液性能指标良好 ,完全可以满足工业应用的
要求[5 ,6 ] 。对于辐照加工这一和平利用核能的新技术 ,
始终将辐照化工新材料的开发作为其主导产业 ,针对
纺织、造纸等行业巨大的市场和发展潜力 ,辐射变性淀
粉有望成为辐照化工新材料新的经济增长点。
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