CN102702370A - 一种新型纳米高取代度低粘度阳离子淀粉的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明采用半干法，以工业双氧水为氧化剂，硫酸铜为催化剂，对机械活化后的涂布淀粉进行了深度氧化降解处理，制备了纳米高取代度低粘度淀粉。然后以工业3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵为醚化剂，氢氧化钠为活化催化剂对上述制备的纳米淀粉进行阳离子化改性，制备出纳米高取代度低粘度阳离子淀粉。本发明工艺简单，反应条件温和，投资少，由于所采用的氧化降解试剂双氧水绿色环保，反应过程具有反应温度低，能耗少，工艺简单，无三废排放等诸多优点。所以本发明具有很好的环境效益和经济效益，制得的纳米高取代度低粘度阳离子淀粉可用于造纸施胶剂AKD乳化剂、阴离子垃圾捕捉剂、涂布粘合剂、增强剂等。
Description
技术领域
本发明采用半干法，以工业双氧水为氧化剂，硫酸铜为催化剂，对机械活化的涂布淀粉进行了深度氧化降解处理，制备了纳米淀粉。再以工业3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵为醚化剂、氢氧化钠为活化催化剂对第一步中制备的纳米淀粉进行阳离子化改性，制备出的纳米阳离子淀粉作为造纸施胶剂AKD乳化剂、阴离子垃圾捕捉剂、涂布粘合剂、增强剂等。
背景技术
天然淀粉通过适当的变性处理就能明显提高其性能，可以制成工业上需要的各种淀粉衍生物产品。阳离子淀粉是非常重要的变性淀粉之一，具有广泛的实用价值。自从50年代在美国工业化生产以来，其数量和品种迅速增加，已广泛应用于造纸、粘合剂、化妆品、絮凝剂、染色、纺织、油田等行业。目前，工业规模生产的阳离子淀粉大部分为低取代度产品，尽管已有粘结性、成膜性等优良性能而应用于工业上，但这种特性还是有限的，尤其不适用于现代新技术、新工艺、新设备的要求。如阳离子淀粉作为造纸施胶剂AKD乳化剂、阴离子垃圾捕捉剂、涂布粘合剂、增强剂、固色剂、助留剂、助滤剂、絮凝剂、脱水剂、分散剂等使用时，都需要更强的正电性，这就要求改性的阳离子淀粉具有更高取代度更低粘度等。因此，期待研究开发高取代度低粘度阳离子淀粉。
在造纸工业中，阳离子淀粉是最重要的湿部添加剂，其分子结构与纤维素分子的结构相似，都是由葡萄糖基所组成的，由于它带有阳电荷，极易与带阴电荷的纤维、填料等靠静电引力相互吸附，降低纸浆的Zeta负电位，并会产生絮凝现象，这种絮凝作用能将细小纤维和填料包裹在微絮凝团内，提高细小纤维与填料的留着率；同时微絮凝团使湿部在成型时空隙增大，可以使纸浆打浆度下降，滤水性改善，脱水加快，可以降低能耗。由于这种絮凝团是在瞬间形成的，故很脆弱，在剪切作用下会分解成微絮凝，大大降低细小纤维和填料的留着，降低助滤作用，但却增加了与纤维间的均匀接触，使增强作用增加。絮凝作用的强弱，与阳离子淀粉的取代度、添加量和加入时间密切相关。一般，取代度越高，添加量越大，加入时间越短，絮凝作用就越强。为了开发阳离子淀粉在造纸工业的新用途，更好地利用淀粉这一可再生的资源，研究和开发多功能高效能的高取代度低粘度阳离子淀粉势在必行。
发明内容
首先，将适量双氧水以喷雾的形式加入机械活化后的涂布淀粉中，搅拌均匀。然后将适量的硫酸铜溶液以喷雾的形式加入体系中并搅拌均匀，将混合物在一定温度下恒温反应一段时间，粉碎，过筛待用，制备的氧化降解淀粉尺寸为纳米级。然后，以工业3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵为醚化剂，氢氧化钠为活化催化剂对第一步中制备的纳米淀粉进行阳离子化改性，制得纳米高取代度低粘度阳离子淀粉。
本发明的优点在于：
1、制备纳米高取代度低粘度阳离子淀粉方法简单，原料易得，成本低廉，绿色无污染，可生物降解；
2、制备的产品具有吸附、架桥絮凝、乳化、阴离子垃圾捕捉、涂布粘合、增强等多种作用。
3、本发明制得的纳米高取代度低粘度阳离子淀粉提高纸张强度、乳化AKD乳化性能等多种用途。
实施方式
下面结合本发明的具体实施例作详细说明。
实施例1：
首先，将工业涂布淀粉在行星式球磨机中进行24小时的研磨和机械活化，将12％绝干淀粉用量的双氧水以喷雾的形式喷入涂布淀粉中，搅拌均匀。然后将0.03％绝干淀粉用量的硫酸铜溶液以喷雾的形式喷入淀粉中，并搅拌均匀，将混合物在65℃温度下恒温反应6h，粉碎，过筛待用。然后，以工业3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵为醚化剂，用量为绝干淀粉的60％，氢氧化钠为活化催化剂，用量为绝干淀粉12％，对第一步中制备的纳米淀粉进行阳离子化改性。反应温度为65℃，反应时间为4h，制得纳米阳离子淀粉DS为0.12左右，由MalvernZetasiaer Nano ZS90粒径仪测得产品粒径为56.3nm-103.5nm。
Claims (5)
1.一种造纸用纳米高取代度低粘度阳离子淀粉的方法。其制备的方法主要包括以下步骤：
(1)在常温下，将工业涂布淀粉进行活化；
(2)将双氧水以喷雾的形式喷入涂布淀粉中，搅拌均匀；
(3)将催化剂以喷雾的形式喷入淀粉中，搅拌均匀；
(4)将(3)进行一段时间的反应后；粉碎，过筛，得到纳米淀粉；
(5)以工业3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵为醚化剂，氢氧化钠为活化催化剂对以上(4)制备的纳米淀粉进行阳离子化改性，得到高取代度低粘度阳离子淀粉。
2.根据权利要求1步骤(1)所述的活化为机械活化，具体方式如下：在行星式球磨机中进行顺时针和逆时针每半个小时交替变换方式对工业涂布淀粉进行研磨20-30h，已达到对其进行机械活化的目的。
3.根据权利要求1步骤(2)所述的双氧水为绝干淀粉质量的8-15％。
4.根据权利要求1步骤(3)所述的催化剂质量为绝干淀粉质量的0.03％。
5.根据权利要求1步骤(4)所述的反应方式为微波半干法，具体如下，先将充分均匀混合后的反应物(3)微波处理60s，然后放入65℃烘箱反应6h。
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