CN102585098B - 一种交联两性木薯淀粉的制备方法 - Google Patents

一种交联两性木薯淀粉的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种交联两性木薯淀粉的制备方法。以木薯淀粉为起始原料,水为溶剂,多聚磷酸钠为交联剂,氢氧化1-丁基-3-甲基咪唑和氢氧化钠为醚化催化剂,二甲基二烯丙基氯化铵和3-氯丙酸为两性试剂,通过催化醚化、接枝、交联三元变性制备一种交联两性淀粉。本发明制备的交联两性淀粉,兼具交联淀粉和两性淀粉的优势,在工业污水净化、造纸助剂和化妆品等方面具有较高的应用价值。

Description

一种交联两性木薯淀粉的制备方法
技术领域
本发明涉及一种交联两性木薯淀粉的制备方法。
背景技术
自20世纪70年代以来,变性淀粉产品的研究和应用呈现了明显的增长势头,各种变性淀粉产品由于其优良的应用性能,倍受世界各国的关注。我国木薯淀粉资源丰富,通过物理、化学或酶法修饰或改性,可增加其功能性能或引进新特性,满足工业及国民经济多方面的需要。两性淀粉系指在淀粉链中既接上阴离子,又接上阳离子两类基团的变性淀粉,具有阴离子淀粉、阳离子淀粉、天然高分子聚合物等多重结构与特性,使用性能比单一变性的淀粉衍生物更为优越。
国外已开发出一些型号的两性淀粉产品,如美国国家淀粉与化学品公司生产的CAT073-8002,CAT078-0140,CATOXX-0220及英国Stadex公司生产的Y9152等。国内有关两性淀粉方面的报道主要是应用于造纸行业的两性淀粉。通常按反应体系中水的质量分数及物态不同,将两性淀粉的合成方法分为湿法、干法、半干法三种。湿法研究较为成熟,它分为溶剂法和水法。溶剂法采用的一些溶剂存在毒性或易燃等问题,且回收溶剂成本较高;水法按淀粉存在形式又包括糊法和浆法。糊法中淀粉以糊化状态反应,反应物料黏度大,产物精制困难,目前此法应用较少;浆法中淀粉以悬浮形式存在,反应需加入抗凝剂避免其糊化,并低于糊化温度反应,导致后处理复杂。干法、半干法是近年发展起来方法,工艺技术尚不成熟。两性淀粉的阳离子基团一般为叔氨或季胺盐类。通常,在工业中广泛使用的是季胺类醚化剂,而叔胺类醚化剂如2-二乙基氨基乙基氯化物(DEC),由于其只在酸性条件下才具备阳离子性,应用受到限制。
国内外在交联阳离子和交联阴离子淀粉的改性方面取得了一些进展,但关于交联两性淀粉的研发国内外报道较少。目前的成熟工艺基本是以有机溶剂为介质,以环氧氯丙烷为交联剂,氯乙酸和3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵为醚化剂等。
发明内容
本发明的目的是为了提高两性木薯淀粉的应用性能,提供一种制备交联两性木薯淀粉的方法。
具体步骤为:
(1)将木薯淀粉在60℃真空干燥箱中干燥至恒重,得干基木薯淀粉;
(2)将步骤(1)所得干基木薯淀粉和去离子水加入反应器中配成质量分数为30%~35%的淀粉溶液;
(3)称取0.2~0.4g催化剂氢氧化1-丁基-3-甲基咪唑加入步骤(2)所得淀粉溶液中,滴加2~5mL质量分数为25%~40%的氢氧化钠溶液,调节体系pH至10~13,搅拌活化1.5小时;
(4)取6.67~13.34g 3-氯丙酸溶于10~20mL去离子水中,与5~10mL质量分数为25%~40%的氢氧化钠溶液混合加入步骤(3)所得物料中,维持pH为10~13,每隔30分钟加入1mL质量分数为25%~40%的氢氧化钠溶液,控制反应温度45~55℃,反应时间5~8小时,调节pH至5.5~6.5;
(5)在步骤(4)所得产物中加入10~30g的二甲基二烯丙基氯化铵阳离子单体,搅拌10~15分钟至体系均匀;
(6)分别称取相当于阳离子单体质量分数0.05%~0.2%的过硫酸铵和亚硫酸氢钠,按过硫酸铵和亚硫酸氢钠质量比为1∶1溶于10mL去离子水中;
(7)加热步骤(5)所得产物的温度至40℃时,将步骤(6)混合溶液用恒压滴液漏斗控制在30分钟内滴加到步骤(5)所得物料中,继续反应3~5小时,反应物料冷却至30℃;
(8)取0.3~0.6g多聚磷酸钠和0.2~0.4g氢氧化钠加入到步骤(7)所得物料中,保持温度30℃,继续反应1.5小时;调节体系pH至6~7;
(9)用体积分数为95%的工业乙醇沉淀步骤(8)所得溶液,抽滤,得滤饼,用去离子水洗滤饼至AgNO3检测无沉淀;
(10)将步骤(9)所得滤饼放入玻璃皿中,置于50℃的真空干燥箱中干燥至恒重即得粗产品;
(11)将步骤(10)粗产品以体积比为60∶40的冰醋酸-乙二醇混合溶剂通过索氏抽提器抽提24小时去除均聚物,然后在50℃的真空干燥箱中干燥至恒重即得产品。
(12)用滴定法测定产物的阴离子取代度,具体操作方法如下:精确称量1.0g的试样放入50mL烧杯中,加入30mL浓度为0.1mol/L的HCl溶液,磁力搅拌3小时至交联两性淀粉充分酸化,抽滤,水洗至AgNO3检测无沉淀。将该处理过的试样置于250mL烧杯中,加入100mL水,加热溶解至澄清,冷却至室温。滴入2~3滴酚酞指示剂,用0.1mol/L的NaOH标准溶液滴定至微红色。在相同条件下,进行空白滴定。阴离子取代度DS计算式为:
Figure BSA00000682325500031
式中:VNaOH——试样消耗的NaOH标准溶液的体积,mL;
V空白——记录所消耗的NaOH标准溶液的体积,mL;
CNaOH——NaOH标准溶液的浓度,mol/L;
m——试样的质量,g;
162——淀粉中葡萄糖单元的摩尔质量,g/mol。
(13)阳离子度DC的测定:参照莫尔法测定Cl-含量。将纯化后的试样配制成一定浓度的溶液,以铬酸钾作指示剂,用硝酸银溶液滴定,当溶液变为砖红色时即为滴定终点。同样条件下进行空白对照试验。阳离子度DC按下式计算:
式中:V——试样消耗硝酸银溶液的体积,mL;
V空白——空白消耗硝酸银溶液的体积,mL;
m——试样的质量,g;
161.5——二甲基二烯丙基氯化铵的摩尔质量,g/mol;
0.05——AgNO3溶液的浓度,mol/L。
经过交联,两性淀粉的醇羟基与交联剂的多元官能团形成二醚键或二酯键,使两个或两个以上的两性淀粉分子之间形成“架桥”,呈多维网络结构。交联两性淀粉的糊液黏度对热、酸和剪切力等的影响具有高稳定性。
本发明所得产品在工业污水净化、造纸助剂和化妆品等方面具有较高的应用价值。
附图说明
图1为原木薯淀粉IR图。
图2为本发明实施例制备的交联两性木薯淀粉IR图。
图3为原木薯淀粉SEM图。
图4为本发明实施例制备的交联两性木薯淀粉SEM图。
具体实施方式
实施例1:
(1)将木薯淀粉在60℃真空干燥箱中干燥至恒重,得干基木薯淀粉;
(2)取步骤(1)所得12g干基木薯淀粉、28mL去离子水加入反应器中,室温下混合搅拌15分钟,使木薯淀粉在溶剂体系内分散均匀;
(3)称取0.3g催化剂氢氧化1-丁基-3-甲基咪唑加入步骤(2)所得淀粉溶液中,滴加2~5mL质量分数为25%的氢氧化钠溶液,调节体系pH至11~13,搅拌活化1.5小时;
(4)取6.67g 3-氯丙酸溶于10mL去离子水中,与5mL质量分数为25%的氢氧化钠溶液混合加入步骤(3)所得物料中,维持体系pH为11~13,每隔30分钟加入1mL质量分数为25%的氢氧化钠溶液,控制反应温度50℃,反应时间5小时;调节pH至5.5~6.5;
(5)在步骤(4)所得产物中加入20g的二甲基二烯丙基氯化铵阳离子单体,搅拌10~15分钟至体系均匀;
(6)称取0.02g的过硫酸铵和0.02g亚硫酸氢钠溶于10mL去离子水中;
(7)加热步骤(5)所得产物的温度至40℃时,将步骤(6)混合溶液用恒压滴液漏斗控制在30分钟内滴加到步骤(5)所得物料中,继续反应5小时;反应物料冷却至30℃;
(8)取0.3g多聚磷酸钠和0.2g氢氧化钠加入到步骤(7)所得物料中,保持温度30℃,继续反应1.5小时;调节体系pH至6~7;
(9)用体积分数为95%的工业乙醇沉淀步骤(8)所得溶液,抽滤,得滤饼,用去离子水洗滤饼至AgNO3检测无沉淀;
(10)将步骤(9)所得滤饼放入玻璃皿中,置于50℃的真空干燥箱中干燥至恒重即得粗产物;
(11)将步骤(10)粗产物以体积比为60∶40的冰醋酸-乙二醇混合溶剂通过索氏抽提器抽提24小时去除均聚物,然后在50℃的真空干燥箱中干燥至恒重即得产品。
(12)测定产品的阴离子取代度为0.23,阳离子度为0.74。
实施例2:
(1)将木薯淀粉在60℃真空干燥箱中干燥至恒重,得干基木薯淀粉;
(2)取步骤(1)所得15g干基木薯淀粉、30mL去离子水加入反应器中,室温下混合搅拌15分钟,使木薯淀粉在溶剂体系内分散均匀;
(3)称取0.4g催化剂氢氧化1-丁基-3-甲基咪唑加入步骤(2)所得淀粉溶液中,滴加2~5mL质量分数为40%的氢氧化钠溶液,调节体系pH至10~12,搅拌活化1.5小时;
(4)取7.28g 3-氯丙酸溶于15mL去离子水中,与7mL质量分数为40%的氢氧化钠溶液混合加入步骤(3)所得物料中,维持体系pH为12~13,每隔30分钟加入1mL质量分数为40%的氢氧化钠溶液,控制反应温度50℃,反应时间8小时;调节pH至5.5~6.5;
(5)在步骤(4)所得产物中加入25g的二甲基二烯丙基氯化铵阳离子单体,搅拌10~15分钟至体系均匀;
(6)称取0.025g的过硫酸铵和0.025g亚硫酸氢钠溶于12mL去离子水中;
(7)加热步骤(5)所得产物的温度至40℃时,将步骤(6)混合溶液用恒压滴液漏斗控制在30分钟内滴加到步骤(5)所得物料中,继续反应4小时;反应物料冷却至30℃;
(8)取0.4g多聚磷酸钠和0.3g氢氧化钠加入到步骤(7)所得物料中,保持温度30℃,继续反应1.5小时;调节体系pH至6~7;
(9)用体积分数为95%的工业乙醇沉淀步骤(8)所得溶液,抽滤,得滤饼,用去离子水洗至AgNO3检测无沉淀;
(10)将步骤(9)所得滤饼放入玻璃皿中,置于50℃的真空干燥箱中干燥至恒重即得粗产物;
(11)将步骤(10)粗产物以体积比为60∶40的冰醋酸-乙二醇混合溶剂通过索氏抽提器抽提24小时去除均聚物,然后在50℃的真空干燥箱中干燥至恒重即得产品。
(12)测定产品的阴离子取代度为0.28,阳离子度为0.56。
产品经IR分析,1585.23cm-1和1412.06cm-1处为3-氯丙酸中-COO-的振动吸收峰,1210.59cm-1为C-N键的振动吸收峰;1158.26cm-1~1011.98cm-1范围吸收峰明显变宽,这是多聚磷酸钠的P=O伸缩振动引起。SEM分析结果显示了改性前后的颗粒表面形貌,可以看出原木薯淀粉的颗粒形貌为圆形或近似圆形,颗粒较完整,表面较光滑。交联两性木薯淀粉颗粒变小而且表面粗糙,有明显的破损沟纹,显然原木薯淀粉的结构受到破坏或发生明显变化。

Claims (1)

1.一种交联两性木薯淀粉的制备方法,其特征在于具体步骤为:
(1)将木薯淀粉在60℃真空干燥箱中干燥至恒重,得干基木薯淀粉;
(2)将步骤(1)所得干基木薯淀粉和去离子水加入反应器中配成质量分数为30%~35%的淀粉溶液;
(3)称取0.2~0.4g催化剂氢氧化1-丁基-3-甲基咪唑加入步骤(2)所得淀粉溶液中,滴加2~5mL质量分数为25%~40%的氢氧化钠溶液,调节体系pH至10~13,搅拌活化1.5小时;
(4)取6.67~13.34g 3-氯丙酸溶于10~20mL去离子水中,与5~10mL质量分数为25%~40%的氢氧化钠溶液混合加入步骤(3)所得物料中,维持pH为10~13,每隔30分钟加入1mL质量分数为25%~40%的氢氧化钠溶液,控制反应温度45~55℃,反应时间5~8小时,调节pH至5.5~6.5;
(5)在步骤(4)所得产物中加入10~30g的二甲基二烯丙基氯化铵阳离子单体,搅拌10~15分钟至体系均匀;
(6)分别称取相当于阳离子单体质量分数0.05%~0.2%的过硫酸铵和亚硫酸氢钠,按过硫酸铵和亚硫酸氢钠质量比为1∶1溶于10mL去离子水中;
(7)加热步骤(5)所得产物的温度至40℃时,将步骤(6)混合溶液用恒压滴液漏斗控制在30分钟内滴加到步骤(5)所得物料中,继续反应3~5小时,反应物料冷却至30℃;
(8)取0.3~0.6g多聚磷酸钠和0.2~0.4g氢氧化钠加入到步骤(7)所得物料中,保持温度30℃,继续反应1.5小时;调节体系pH至6~7;
(9)用体积分数为95%的工业乙醇沉淀步骤(8)所得溶液,抽滤,得滤饼,用去离子水洗滤饼至AgNO3检测无沉淀;
(10)将步骤(9)所得滤饼放入玻璃皿中,置于50℃的真空干燥箱中干燥至恒重即得粗产品;
(11)将步骤(10)粗产品以体积比为60∶40的冰醋酸-乙二醇混合溶剂通过索氏抽提器抽提24小时去除均聚物,然后在50℃的真空干燥箱中干燥至恒重即得产品。
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