Структурно-механические характеристики композиций на основе электрохимического модифицированного крахмала и полимеров

АННОТАЦИЯ

В статье показано существенное изменение  структурно – механических свойств систем загущающих составов созданных на основе электрохимический модифицированного рисового крахмала (ЭМК) от добавки  такого полиакрилата, как унифлока, приведены   результаты.

ABSTRACT

The article shows a significant change in the structural and mechanical properties of thickening systems created on the basis of electrochemical modified rice starch (EMC) from the addition of such polyacrylate as unifloc, the results are given.

Ключевые слова: унифлок, модифицированного рисового крахмала (ЭМК), микроцеллюлозы (МКЦ), крахмал, загустк, полиакрилат, гомополимер, сополимер, метакрил кислота, деструкции.

Keywords: uniflock, modified rice starch (EMC), microcellulose (MCC), starch, thickeners, polyacrylate, homopolymer, copolymer, methacrylic acid, degradation.

Структурно-механические характеристики используют для оценки консистенции продукта как одного из основных показателей его качества. К ним относятся вязкость, прочность, пластичность, упругость. Пластическая прочность характеризует прочность структуры дисперсной системы при малых скоростях деформации, т.е. является реологическим показателем текучей фазы, синтезирующим влияние физико-механических и физико-химических свойств. [1]

В процессах набивки текстильных материалов загущающие полимерные составы претерпевают разные механические воздействия, при которых изменяются  реологические свойства систем загущающих составов на основе электрохимический модифицированного рисового крахмала (ЭМК), микроцеллюлозы (МКЦ) и  унифлока. Можно  ожидать, что в силу реакции комплексообразования ЭМК и унифлока реологические свойства систем должны подвергаться    существенными  изменениям. Включение в состав загустки ЭМК и МКЦ синтетического полимера, такого как унифлока приводит к существенному изменению структурно – механических свойств. Преимущество полиакрилатных композиций в качестве загущающего препарата заключается в его высоком адгезионном свойстве. Кроме того, полиакрилаты могут быть получены гомополимерного и сополимерного  характера,  с различными производными акриловой и метакриловой кислот, что позволяет комбинировать различное соотношение мономеров в полимерной  молекуле и получать широкий спектр физических и химических свойств в синтезированном материале [3].

Изменение химического состава этих соединений позволяет широко варьировать их свойства, что значительно труднее осуществляется полимерами других групп. Поэтому в данной работе приводятся результаты экспериментального обоснования влияния МКЦ и унифлока, входящего в состав загущающих композиций, на структурно – механические свойств растворов ЭМК. Растворы полимеров, в том числе крахмалов, не являются бесструктурными. Под структурой  растворов понимают  взаимное расположение молекул  растворителя и полимера, конформацию макромолекул, взаимодействие между макромолекулами полимера. О стабильности структуры можно судить по значениям степени тиксотропного восстановления, приведенными в таблице 1.

Таблица 1.

Предел текучести и степень  тиксотропного восстановления  растворов модифицированного крахмала с различным содержанием МКЦ и унифлока 

Из таблицы видно, что клейстеры ЭМК, содержащие МКЦ и унифлока, характеризуются более высокими  значениями  степени тиксотропного восстановления. Такое постепенное восстановление структуры и, следовательно, нарастание ее прочности происходит, не только когда  система находится в  покое, но и при течении системы со скоростью меньшей той, которая обусловила данную степень разрушения первоначальной структуры.

Однако, при обратном переходе от установившегося режима течения с высокой скоростью к течению с меньшей скоростью, происходит некоторое восстановление структуры и соответственно, эффективная вязкость и прочность структуры увеличивается и, чем больше содержание унифлока в системе, этот эффект более выражен.

Изучение зависимости вязкости систем и скорости деформации от напряжения сдвига 7% ных клейстеров ЭМК, содержащих МКЦ в диапозоне 0,5-0,8% и унифлока в диапозоне 0,2-0,5% показали, что все исследуемые растворы композиции являются псевдопластичными системами (рис. 1). При этом с повышением концентрации МКЦ от 0,5% до 0,8% и унифлока от 0,2 до 0,5% ных клейстерах ЭМК наблюдается существенное изменение структурно-механических свойств крахмальных клейстеров.

Рисунок 1. Зависимость предела текучести  композиции от концентрации унифлока. Загустки на основе: 1-ЭМК; 2- МКЦ;  3- ЭМК- МКЦ

Как показали результаты исследований при изучении зависимости предела  текучести водорастворимых полимерных композиций, хорошие результаты получены в случае применения загущающих композиций, содержащих одновременно ЭМК, КМЦ и унифлока. Пластическая прочность вторичной структуры полимерной композиции определялась через напряжение сдвига Рm. Результаты отражены в рисунке 2. 

Рисунок 2. Зависимость пластической прочности Р_m  вторичной структуры полимерной композиции  от концентрации унифлока. Загустки на основе: 1- ЭМК; 2- МКЦ;  3- ЭМК- МКЦ 

Из рис. 2. виден плавный ход и отсутствие  минимумов на кривых зависимости Р_m от состава  композиции, что свидетельствует о хорошей совместимости загустителей независимо от их соотношения в смеси (кривая 1) и независимо от добавок и компонентов печатной краски (кривая 2). Наличие хорошей совместимости подтверждается также высокой стабильностью получаемых смесей. Из представленных данных видно, что по характеру реологических кривых клейстер ЭМК без добавления МКЦ и унифлока можно отнести к упруго-хрупким или эластично-хрупким твердообразным системам, для описания структурно-механических свойств, которых обычно используют такие характеристики, как модули упругости и вязкость упругого последствия. Растворы крахмалопродуктов, которые долго стояли, способны к старению в силу явлений ретроградации и биологического разложения. Способность к ретроградации чрезвычайно сильно проявляется у растворов чистой амилозы, которая со временем агрегируется и наконец образует нерастворимый микрокристаллический осадок [4].

В заключении следует отметить что, при малом содержании унифлока как синтетического компонента композиции в полимерной системе он сам не может образовывать надмолекулярную структуру, но оказывает влияние на процесс ее формирования. В свою очередь знание закономерностей формирования надмолекулярных структур позволяет целенаправленно формировать физико-механические свойства пленкообразующих полимеров.

Список литературы:
1. Mali, S.; Grossmann, M. V. E.; Garcia, M. A; Martino, M. N. and Zaritzky, N. E. Microstrucural characterization of yam starch films. Carbohydrate Polymers, 2002, 50, 379-386.
2. H. Panda. The Complete Technology Book On Starch And Its Derivatives// New-Delhi.: Asia Pacific Business Press Inc. 2004.- 465 p.
3. Weber H., Ströhle J. Современное состояние технологий предварительной и последующей обработок тканей.// Текс.пром., 1997. №3. С.7-9.
4. Wulff G., Kubic S. Helical amilose complexes with organic complexands. Microcalorimetrik and circular dichroitic investigations. «Macromol. Chem.», 1992, 193, №5, p. 1071-1080.