Chemical Modification of Starch-Protein Material Performed in Order to Obtain a Half Product for Thermoplastic Processing

• Autorzy: Janiga M. , Stufka-Olczyk J. , Milczarek A. , Michniewicz M. , Ciechańska D. , Tomaszewski W. , Gutowska A. , Kapuśniak J.

Identyfikatory

DOI

10.5604/12303666.1221754

Warianty tytułu

PL

Modyfikacja chemiczna surowca skrobiowo-białkowego w celu uzyskania półproduktu do przerobu termoplastycznego

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

This article presents the results of tests which were carried out on a starch-protein biomaterial produced from wheat. The research was performed in order to assess optimal conditions for performing the chemical modification (acetylation and oxidation reactions) and its influence on the physico-chemical properties of the new biomaterial. Modifying agents were acetic acid anhydride with the presence of NaOH and K₂CO₃ activators as well as hydrogen peroxide, whose effects were catalysed with Cu²⁺ ions. Modified polymers with a degrees of substitution from 0.38 to 2.45 and oxidation from 1.0 to 35% were obtained in the process. The polymers obtained were characterized with various levels of starch degradation, minimal when the acetylation reaction activated with the K₂CO₃ method was used, moderate to high when the acetylation reaction was activated by NaOH, and maximal starch degradation was observed when oxidation was catalysed with Cu²⁺ ions. The modified polymers showed minor thermal granulation abilities and did not achieve thermoplastic abilities. Evaluation of the modification effects was carried out with absorption spectroscopy in infra-red radiation with the Fourier transformation (FTIR) technique, DSC, scanning electron microscopy and determining the boundary viscosity value.

PL

Poszukiwanie nowych materiałów przyjaznych środowisku skłania do przeanalizowania możliwości wykorzystania powszechnie występujących i prostych w pozyskaniu surowców roślinnych. Jednym z takich surowców jest materiał skrobiowo-białkowy. W artykule przedstawiono badania, którymi objęto biomateriał skrobiowo-białkowy wytwarzany w warunkach przemysłowych z pszenicy. Wykonane badania miały na celu określenie optymalnych warunków prowadzenia modyfikacji chemicznej oraz jej wpływu na właściwości fizykochemiczne nowego biomateriału. Badania zostały ukierunkowane pod kątem przydatności uzyskanego modyfikatu do wytwarzania materiałów termoplastycznych. Modyfikacja chemiczna obejmowała acetylację i utlenianie skrobi. Jako czynniki modyfikujące wykorzystano bezwodniki kwasu octowego w obecności aktywatorów NaOH i K₂CO₃ oraz nadtlenek wodoru stosowany w obecności katalizatora CuSO₄. W wyniku przeprowadzonych badań uzyskano zmodyfikowane chemicznie produkty o szerokim zakresie stopni podstawienia (od 0,38 do 2,45 - w badaniach wstępnych 2,99) oraz utlenienia (od 1,0 do 35%). Charakteryzowały się one różnym stopniem degradacji skrobi, od niewielkiej w reakcji acetylacji bezwodnikiem octowym w obecności aktywatora K₂CO₃ do drastycznej, w reakcji utleniania nadtlenkiem wodoru katalizowanej CuSO4. Zmodyfikowane biopolimery wykazywały niewielkie zdolności do krystalizacji termicznej, nie uzyskały jednak właściwości termoplastycznych. Do oceny efektów modyfikacji wykorzystywano techniki spektroskopii absorpcyjnej w podczerwieni z transformacją Fouriera (FTIR), różnicowej kalorymetrii skaningowej (DSC), elektronowej mikroskopii skaningowej do oceny stopnia zdegradowania skrobi posłużono się wynikami badań granicznej liczby lepkościowej.

Słowa kluczowe

EN

chemical modification; starch; wheat; acetylation; oxidation; material properties

PL

modyfikacja chemiczna; skrobia; pszenica; acetylacja; utlenianie; właściwości materiału

• Wydawca: Sieć Badawcza Łukasiewicz - Łódzki Instytut Technologiczny
• Czasopismo: Fibres & Textiles in Eastern Europe
• Rocznik: 2016
• Tom: Vol. 24, no. 6 (120)
• Strony: 189--195
• Opis fizyczny: Bibliogr. 6 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Janiga M.

• Institute of Biopolymers and Chemical Fibres, M. Skłodowskiej-Curie 19/27, 90-570 Łódź, Poland

autor

Stufka-Olczyk J.

• Institute of Biopolymers and Chemical Fibres, M. Skłodowskiej-Curie 19/27, 90-570 Łódź, Poland

autor

Milczarek A.

• Institute of Biopolymers and Chemical Fibres, M. Skłodowskiej-Curie 19/27, 90-570 Łódź, Poland

autor

Michniewicz M.

• Institute of Biopolymers and Chemical Fibres, M. Skłodowskiej-Curie 19/27, 90-570 Łódź, Poland

autor

Ciechańska D.

• Institute of Biopolymers and Chemical Fibres, M. Skłodowskiej-Curie 19/27, 90-570 Łódź, Poland

autor

Tomaszewski W.

• Institute of Biopolymers and Chemical Fibres, M. Skłodowskiej-Curie 19/27, 90-570 Łódź, Poland

autor

Gutowska A.

• Institute of Biopolymers and Chemical Fibres, M. Skłodowskiej-Curie 19/27, 90-570 Łódź, Poland

autor

Kapuśniak J.

• Jan Dlugosz University in Czestochowa, Waszyngtona 4/8, 42-200 Częstochowa, Poland

Bibliografia

• 1. Sulak K, Gutowska A, Wietecha J, Ciechańska D, Pałys B. ”Flour plasticization with functional method with plasticizer presence”, Fibres & Textile in Eastern Europe, 2016;6(120): 202-209.
• 2. Ciechańska D, Kaszuba L, Żakowska H, Sulak K, Kapuśniak K, Janiga M, Wietecha J, Gutowska A, Mik T. ”Utilization of resources obtained from mill industry for developing a biopolymer products”. Fibres & Textile in Eastern Europe, 2016;6(120): 175-180.
• 3. Volkert B, Lehmann A, Greco T and Nejad MH. A comparison of different synthesis routes for starch acetates and the resulting mechanical properties. Carbohydrate Polymers 2010; 79: 571-577.
• 4. Yu-Rong Zhang, Xiu-Li Wang, Guo-Ming Zhao and Yu-Zhong Wang. Preparation and properties of oxidized starch with high degree of oxidation. Carbohydrate Polymers 2012; 87: 2554-2562.
• 5. Li Xia, Gao Wenyuan, Jiang Qianqian, Huang Luqi and Liu Changxiao. Starch/Starke 2011; 63: 24-31.
• 6. Götze K. Chemiefasern nach dem Viskoseverfahren, Teil II, Springer-Verlag, Berlin / Göttingen / Heidelberg, 1967.

Uwagi

Opracowanie ze środków MNiSW w ramach umowy 812/P-DUN/2016 na działalność upowszechniającą naukę (zadania 2017).