CN102161708A - 一种低粘度阳离子淀粉的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种低粘度阳离子淀粉的制备方法：1)用清水将原淀粉配制成浓度为35～40％的淀粉悬浮液，在搅拌状态下依次加入抑制剂、活化降粘剂、金属离子催化剂，加热升温至42℃，加入经碱性活化剂活化的阳离子醚化剂，保温42～52℃，反应0.5～3小时；2)连续流加氧化剂A，反应2～5小时；3)降温至30～35℃，用盐酸调节pH＝8.5，连续流加氧化剂B，用碱性催化剂调节淀粉悬浮液pH＝8.5～9.5，保温30～38℃，反应0.5～1.5小时；4)用盐酸调节悬浮液PH＝6.5，加入稳定剂，20分钟后经洗涤、脱水、烘干，得本发明产品。淀粉颗粒带有较强的正电荷，糊液具有粘度低、流变性好、粘结强度高的特性，用于造纸高浓度表面施胶，能明显提高纸张的表面强度和印刷适性。
Description
技术领域
本发明属于淀粉变性技术领域，具体涉及一种低粘度阳离子淀粉的制备方法。
背景技术
阳离子淀粉用于纸张表面施胶，由于其带有正电荷，对纤维的化学亲合力强，淀粉胶液的渗透速度较慢，纸上保留率高，能明显提高纸张的表面强度和印刷适性，有利于吸附带负电荷的油墨，印刷字迹清晰、色彩更鲜艳、透印少。经阳离子淀粉表面施胶后的纸在损纸回用时，可以减少湿部添加或表面施胶淀粉的用量，且能显著降低白水中COD、BOD的含量。因此，阳离子淀粉用作表面施胶剂一直以来受到业内人士的青睐。通常采用阳离子化与酸变性或氧化相结合制备阳离子表面施胶淀粉，酸变性淀粉糊液易凝胶，氧化可得到流动性较好的淀粉糊液，但过度的氧化会导致淀粉颗粒正电荷急剧减少甚至带负电荷，为保证淀粉颗粒带正电荷，往往需要降低淀粉的氧化程度，但所得淀粉糊液的流动性很难满足高浓度蒸煮糊化和高浓度表面施胶的需要。
本发明产品是一种低粘度阳离子淀粉，是以淀粉为原料，采用低粘度化与阳离子化同时进行，然后再与复合氧化相结合的方法研制而成。既保证了淀粉颗粒带有较强的正电荷，又能够使淀粉糊液具有粘度低、流变性好、粘结强度高的特性，能满足造纸高浓度表面施胶的需要。
经检索，我们查到与本发明相关的一些文献报道，摘录如下：
1、中国专利申请号：200410016436.6，该专利公开了一种高留着表面施胶淀粉的生产工艺，其制备方法为：1)先阳离子醚化反应-后氧化反应，或者先氧化反应-后阳离子醚化反应；所述的阳离子醚化反应是，在淀粉或前一反应体中加入碱性催化剂和阳离子醚化剂混合物，两者摩尔比为1∶1～3，通过搅拌使其充分混合均匀并升温到30～90℃，反应0.5～4小时，使阳离子醚化基取代度为0.010～0.025；所述的氧化反应是，在前一反应体或淀粉中加入淀粉绝干量0.1～1％的过酸化学品，控制P H值在1～4之间，在40～90℃下，反应0.5～5小时，使淀粉粘度达到要求的值，中止反应；2)粘度稳定性反应：加入淀粉绝干量1～5％的粘度稳定剂，同时调节PH值到6～9，在50～120℃下，反应1～3小时，使淀粉进行交联和酯化；3)后处理得(高留着表面施胶淀粉)产品。产品的技术特征是，粘度：5-500mPas(10％，50℃，Brookfield，100rpm)。
2、中国专利申请号：200710157064.2，该专利公开了一种同时醚化氧化半干法生产表面施胶淀粉的制备方法。其技术方案是以淀粉为原材料，同时投入氧化剂、阳离子醚化剂、催化剂、水，经搅拌进行醚化、氧化同时反应，然后用热水升温，再保温，用自来水冷却，加入草酸或柠檬酸，过筛得产品。本发明虽沿用半干法生产表面施胶淀粉的制备方法，但生产时间大为缩短，使生产效率得到提高，能耗得到降低；通过筛选相对缓和的氧化剂，使产品的粘度波动性小；能克服表面施胶淀粉存在粘度高，留着率低的弊病，使产品能在车速在I000m/min以上新型高速纸机上施胶。
发明内容
本发明的目的是：提供一种低粘度阳离子淀粉的制备方法。所得淀粉颗粒带有较强的正电荷，且淀粉糊液具有粘度低、流变性好、粘结强度高的优良特性，能满足造纸高浓度表面施胶的需要。
本发明产品“低粘度阳离子淀粉”，其生产工艺步骤是：
1)用清水将原淀粉配制成浓度为35～40％的淀粉悬浮液，在搅拌状态下依次加入抑制剂、活化降粘剂、金属离子催化剂，加热升温至42℃，加入经碱性活化剂活化的阳离子醚化剂，保温42～52℃，反应0.5～3小时；
2)连续流加氧化剂A，反应2～5小时；
3)降温至30～35℃，用盐酸调节PH＝8.5，连续流加氧化剂B，用碱性催化剂调节淀粉悬浮液PH＝8.5～9.5，保温30～38℃，反应0.5～1.5小时；
4)用盐酸调节悬浮液PH＝6.5，加入稳定剂，20分钟后经洗涤、脱水、烘干，得低粘度阳离子淀粉。
本发明产品的主要技术指标：粘度为15～50mPa·s(13％固含量，55℃，Brookfield LVDV-II+，60rpm)；糊液储存稳定性≥90％(13％固含量，55℃，12小时)；阳离子醚化基取代度(DS)为0.010～0.025；表面电位为5～20mv。
本发明所用的原淀粉为木薯淀粉、玉米淀粉、马铃薯淀粉中的一种。
所述的抑制剂是硫酸钠、氯化钠中的一种或两种混合物，用量为原淀粉绝干量的2.0～5.0％。
所述的活化降粘剂可以是氧化钙、硅酸钠中的一种或两种混合物，也可以是尿素与氧化钙、硅酸钠中的一种或两种的混合物，用量为原淀粉绝干量的0.5～2.5％。
所述的金属离子催化剂是硫酸铜、硫酸铁、硫酸镍中的一种，用量为原淀粉绝干量的0.003～0.030％。
所述的阳离子醚化剂是3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵、环氧丙基三甲基氯化铵中的一种，用量为原淀粉绝干量的1.5～4.0％。
所述的碱性活化剂是氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化钙、硅酸钠中的一种或其中两种的混合物，碱性活化剂与阳离子醚化剂摩尔比为0.9～1.05∶1。
所述的氧化剂A是双氧水，用量为原淀粉绝干量的1.0～5.0％。
所述的氧化剂B是次氯酸钠，用量为原淀粉绝干量的0.2～1.0％。
所述的碱性催化剂是氢氧化钠、氢氧化钾中的一种或两种混合物，用量为原淀粉绝干量的0.05～0.5％
所述的稳定剂是亚硫酸钠、亚硫酸氢钠或硫代硫酸钠中的一种，用量为原淀粉绝干量的0.01-0.1％。
本发明的突出的实质性特点和显著的进步
(1)活化降粘剂活化原淀粉的同时对淀粉有降粘作用，不引入负离子基团，为保证最终产品带有较强的正电荷，同时又具有粘度低、流变性好、粘结强度高的特性打下了基础。
(2)活化降粘剂对阳离子醚化反应有催化作用，活化催化和金属离子催化相结合，缩短了醚化反应时间，提高了醚化反应效率。
(3)合理的选择复合氧化过程氧化剂的加入顺序，充分利用了活化降粘剂对氧化反应的催化作用。
(4)氧化剂采用连续流加方式加入，避免淀粉颗粒局部剧烈反应，既保证了氧化反应的均匀性，又能缩短反应时间。
(5)活化降粘剂的活化、催化、降粘作用贯穿醚化、氧化各个反应过7程，大大减少了氧化剂的用量，避免了过多负离子基团的引入，有利于确保最终产品带有较强的正电荷。
(6)本发明产品淀粉颗粒带有较强的正电荷，淀粉糊液具有粘度低、流变性好、粘结强度高的特性，能满足造纸高浓度表面施胶的需要。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明的技术方案作进一步具体说明，但是不作为对本发明的限制。
实施例1：
60m3浓度为38％的新鲜木薯淀粉乳(或用水和原淀粉调成淀粉乳)，在搅拌状态下依次加入硫酸钠945kg、氧化钙310kg、尿素27kg、硫酸铜7.5kg，加热升温至42℃，加入经现场碱活化的3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵2007kg(用637kg浓度为30％的氢氧化钠活化1370kg浓度为69％的3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵)，保温47～48℃，反应2小时；连续流加双氧水共945kg进行氧化反应4小时；然后将淀粉悬浮液温度降至35℃，用盐酸调节悬浮液PH＝8.5，连续流加次氯酸钠溶液共1800kg，同时用浓度为8％的氢氧化钠溶液调节淀粉悬浮液PH＝9.0～9.2，保温35～36℃，进行氧化反应1.5小时，用盐酸调节悬浮液PH＝6.5，加入亚硫酸钠10.8kg，20分钟后经洗涤、脱水、烘干，得本发明产品。
实施例2：
60m3浓度为38％的新鲜木薯淀粉乳(或用水和原淀粉调成淀粉乳)，在搅拌状态下依次加入氯化钠1215kg、氧化钙230kg、硅酸钠162kg、硫酸铁5.4kg，加热升温至42℃，加入经现场碱活化的3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵2178kg(用691kg浓度为30％的氢氧化钠活化1487kg浓度为69％的3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵)，保温49～50℃，反应1.5小时；连续流加双氧水共1215kg进行氧化反应4.5小时；然后将淀粉悬浮液温度降至33℃，用盐酸调节悬浮液PH＝8.5，连续流加次氯酸钠溶液共1350kg，同时用浓度为8％的氢氧化钾溶液调节淀粉悬浮液PH＝8.8～9.0，保温33～35℃，进行氧化反应1小时，用盐酸调节悬浮液PH＝6.5，加入硫代硫酸钠5.5kg，20分钟后经洗涤、脱水、烘干，得本发明产品。
实施例3：
60m3浓度为38％的新鲜木薯淀粉乳(或用水和原淀粉调成淀粉乳)，在搅拌状态下依次加入硫酸钠756kg、氯化钠270kg、氧化钙351kg、硫酸镍4kg，加热升温至42℃，加入经现场碱活化的3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵1749kg(用575kg浓度为30％的氢氧化钠活化1174kg浓度为69％的3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵)，保温50～51℃，反应2.5小时；连续流加双氧水共1026kg进行氧化反应4小时；然后将淀粉悬浮液温度降至35℃，用盐酸调节悬浮液PH＝8.5，连续流加次氯酸钠溶液共1463kg，同时用碱性催化剂调节淀粉悬浮液PH＝8.8～9.0，保温35～37℃，进行氧化反应1小时20分钟；再用盐酸调节悬浮液PH＝6.5，加入亚硫酸氢钠16.2kg，20分钟后经洗涤、脱水、烘干，得本发明产品。
本发明产品的优越特性
本发明产品淀粉颗粒带有较强的正电荷，淀粉糊液具有粘度低、流变性好、粘结强度高的特性，能满足造纸高浓度蒸煮糊化和高浓度表面施胶的需要。
淀粉颗粒表面电位如下表：
| 项目 | 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 |
| 表面电位(mv) | 9.8 | 15.1 | 12.3 |
淀粉糊液粘度及粘度稳定性试验结果如下表：
本发明产品的使用方法：
本发明产品需先加热糊化后才能使用。
本发明产品可采用间歇糊化，也可采用连续糊化。
间歇糊化：在搅拌状态下，用清水将本发明产品配制成浓度为15～22％的乳液，搅拌均匀后升温至90℃，并在90～95℃之间保温15～20min，使淀粉充分糊化，得到备用的淀粉糊液。
连续糊化：浓度为20～25％，温度115～125℃。
在稀释桶或静态混合器中，用清水将本发明产品糊液稀释至8～15％，即可用于造纸表面施胶。
Claims (2)
1.一种低粘度阳离子淀粉的制备方法，其特征在于：
1)用清水将原淀粉配制成浓度为35～40％的淀粉悬浮液，在搅拌状态下依次加入抑制剂、活化降粘剂、金属离子催化剂，加热升温至42℃，加入经碱性活化剂活化的阳离子醚化剂，保温42～52℃，反应0.5～3小时；
2)连续流加氧化剂A，反应2～5小时；
3)降温至30～35℃，用盐酸调节PH＝8.5，连续流加氧化剂B，用碱性催化剂调节淀粉悬浮液PH＝8.5～9.5，保温30～38℃，反应0.5～1.5小时；
4)用盐酸调节悬浮液PH＝6.5，加入稳定剂，20分钟后经洗涤、脱水、烘干，得低粘度阳离子淀粉。
2.根据权利要求1所述的低粘度阳离子淀粉的制备方法，其特征在于：
所述的抑制剂是硫酸钠、氯化钠中的一种或两种混合物，用量为原淀粉绝干量的2.0～5.0％；
所述的活化降粘剂可以是氧化钙、硅酸钠中的一种或两种混合物，也可以是尿素与氧化钙、硅酸钠中的一种或两种的混合物，用量为原淀粉绝干量的0.5～2.5％；
所述的金属离子催化剂是硫酸铜、硫酸铁、硫酸镍中的一种，用量为原淀粉绝干量的0.003～0.030％；
所述的阳离子醚化剂是3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵、环氧丙基三甲基氯化铵中的一种，用量为原淀粉绝干量的1.5～4.0％；
所述的碱性活化剂是氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化钙、硅酸钠中的一种或其中两种的混合物，碱性活化剂与阳离子醚化剂摩尔比为0.9～1.05∶1；
所述的氧化剂A是双氧水，用量为原淀粉绝干量的1.0～5.0％；
所述的氧化剂B是次氯酸钠，用量为原淀粉绝干量的0.2～1.0％；
所述的碱性催化剂是氢氧化钠、氢氧化钾中的一种或两种混合物，用量为原淀粉绝干量的0.05～0.5％；
所述的稳定剂是亚硫酸钠、亚硫酸氢钠或硫代硫酸钠中的一种，用量为原淀粉绝干量的0.01-0.1％。
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