CN105017484B - 一种制备淀粉‑聚丙烯酸丁酯接枝淀粉的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种制备淀粉‑聚丙烯酸丁酯接枝淀粉的方法，具体按照以下步骤实施：步骤1，称取原料；步骤2，将步骤1中称取的淀粉、丙烯酸丁酯、过硫酸铵和N,N‑二甲基甲酰胺进行充分的混合，得到混合原料；步骤3，通过微波辐照制备接枝淀粉；步骤4，粉碎后制得淀粉‑聚丙烯酸丁酯接枝淀粉。本发明一种制备淀粉‑聚丙烯酸丁酯接枝淀粉的方法，解决了现有的干法制备接枝淀粉浆料时接枝率低的问题，制得高接枝率的接枝淀粉浆料。

Description

一种制备淀粉-聚丙烯酸丁酯接枝淀粉的方法
技术领域
本发明属于纺织浆料制备技术领域，涉及一种制备淀粉-聚丙烯酸丁酯接枝淀粉的方法。
背景技术
接枝淀粉浆料是在淀粉大分子链上通过物理化学方法引发产生自由基，然后与丙烯类单体通过接枝共聚反应形成的一种高性能变性淀粉浆料，以过硫酸铵为引发剂的接枝淀粉反应过程如下：
S2O8 2-＝＝2SO4 -.
SO4 -.+H2O→HSO4 -+HO·
SO4 -.和HO·引发淀粉均裂氧化，生成St·，与单体反应，形成接枝淀粉，其结构如下所示：
其中，M为丙烯酸丁酯形成的接枝链。
接枝率是影响接枝淀粉性能的一个重要指标，其计算方法如下：
接枝淀粉浆料是取代经纱上浆中使用的PVA的重要纺织浆料，广泛应用于纺织品加工过程中的经纱上浆工序。
接枝淀粉的制备方法有悬浮法和干法。悬浮法制备的接枝淀粉浆料形态为液态，使用、保管、运输极为不方便；悬浮法制备接枝淀粉浆料反应时间长、能耗高、成本大。干法制备工艺能耗低、操作简便、污染小，是接枝淀粉浆料制备的发展方向。干法制备接枝淀粉浆料有两种反应体系，一种是在普通热源下对干淀粉、引发剂、接枝单体加热，经过一定时间反应后，生成接枝淀粉浆料；另一种反应体系是在微波场中对干淀粉、引发剂、接枝单体加热，经过一定时间反应后，生成接枝淀粉浆料，如专利申请号CN201410484557.7一种醚化-氧化-接枝多元变性淀粉的制备方法就是采用在微波场中合成接枝淀粉浆料的反应体系。采用在微波场中合成接枝淀粉浆料其优点是加热效率高、环保、生产环境干净。干法制备接枝淀粉浆料时，由于制备体系中水分含量少，淀粉、丙烯酸类单体、引发剂过硫酸铵等固体物质接触的并不十分好，虽然经过搅拌，表面上看，淀粉、丙烯酸类单体、引发剂过硫酸铵等固体物质均匀接触，但微观上并未达到分子接触的水平，丙烯酸类单体及引发剂与淀粉接触及在淀粉表面的包覆效果不好，影响接枝效果，接枝淀粉接枝率低。
发明内容
本发明的目的是提供一种制备淀粉-聚丙烯酸丁酯接枝淀粉的方法，解决了现有的干法制备接枝淀粉浆料时接枝率低的问题，制得高接枝率的接枝淀粉浆料。
本发明所采用的技术方案是，
一种制备淀粉-聚丙烯酸丁酯接枝淀粉的方法，具体按照以下步骤实施：
步骤1，称取原料；
步骤2，将步骤1中称取的淀粉、丙烯酸丁酯、过硫酸铵和N,N-二甲基甲酰胺进行充分的混合，得到混合原料；
步骤3，通过微波辐照制备接枝淀粉；
步骤4，粉碎后制得淀粉-聚丙烯酸丁酯接枝淀粉。
本发明的特点还在于，
其中，步骤1具体为：称取一定质量的淀粉，然后称取丙烯酸丁酯、过硫酸铵和N,N-二甲基甲酰胺，其中，丙烯酸丁酯的质量为淀粉质量25％～33％，过硫酸铵的质量为淀粉质量的1.33～5.33％，N,N-二甲基甲酰胺的量为淀粉干基质量的5～10％；
其中，步骤1中的淀粉选用玉米淀粉、马铃薯淀粉、木薯淀粉或小麦淀粉中的任意一种；
其中，步骤2具体为：
步骤2.1，将步骤1中称取的丙烯酸丁酯和过硫酸铵中搅拌混合；并与淀粉进行混合；
步骤2.2，将称取的N,N-二甲基甲酰胺加入到已经混合好的丙烯酸丁酯、过硫酸铵和淀粉的混合物中；
其中，步骤3具体为：将步骤2中搅拌好的混合原料放入微波炉中进行微波辐照，其中微波辐照时的频率为2400～2500Hz，辐照的微波炉其功率设定为105W～115W，在辐照时每辐照3～5min，停止1min，如此反复进行3～5次，反应得到接枝淀粉浆料半成品。
其中，步骤4具体为：将步骤3辐照反应得到的接枝淀粉浆料半成品烘干至含水率13％以下，并经过粉碎和过筛处理，即得淀粉-聚丙烯酸丁酯接 枝淀粉。
本发明的有益效果是，以N,N-二甲基甲酰胺为增容剂，增强淀粉、丙烯酸类单体、引发剂过硫酸铵的相容性，与常规干法生产的接枝淀粉浆料接枝率相比较，接枝率明显提高。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明一种制备淀粉-聚丙烯酸丁酯接枝淀粉的方法，具体按以下步骤实施：
步骤1：首先称取一定质量的淀粉，然后称取丙烯酸丁酯、过硫酸铵和N,N-二甲基甲酰胺，其中，丙烯酸丁酯的质量为淀粉质量25％～33％，过硫酸铵的质量为淀粉质量的1.33～5.33％，N,N-二甲基甲酰胺的量为淀粉干基质量的5～10％；
其中，淀粉选用玉米淀粉、马铃薯淀粉、木薯淀粉或小麦淀粉中的任意一种。
步骤2：将上述四种材料放入搅拌器中搅拌均匀，具体的搅拌混合步骤为：
步骤2.1，将步骤1中称取的丙烯酸丁酯和过硫酸铵中搅拌混合；并与淀粉进行混合；
步骤2.2，将称取的N,N-二甲基甲酰胺加入到已经混合好的丙烯酸丁酯、过硫酸铵和淀粉的混合物中；
步骤3：将上述搅拌均匀的四种混合材料放入微波炉中进行微波辐照，微波炉的参数为频率2400～2500Hz，功率105W～115W，其中，辐照时间为每辐照3～5min，停止1min，如此反复进行3～5次，反应得到接枝淀粉浆料 半成品；
步骤4：将步骤3辐照反应得到的接枝淀粉浆料半成品烘干至含水率13％以下，并经过粉碎和过筛处理，即得淀粉-聚丙烯酸丁酯接枝淀粉。
本发明采用N,N-二甲基甲酰胺为增容剂，使淀粉、丙烯酸丁酯、过硫酸铵在反应的时候能够更好的接触，提高了接枝淀粉浆料的接枝率。
从原理方面来说，其中采用的N,N-二甲基甲酰胺分子式为分子式C3-H7-N-O，结构式为
是一种非质子极性溶剂，对溶质分子有影响，形成溶剂化效应，有效降低淀粉、丙烯酸丁酯、过硫酸铵之间的界面张力，增加三者之间的相容性，使反应体系中的各溶质充分接触，提高反应效率和均匀度。
实施例1
制备淀粉-聚丙烯酸丁酯接枝淀粉，按照以下步骤实施：
步骤1：分别称取淀粉、丙烯酸丁酯、过硫酸铵、N,N-二甲基甲酰胺，其中，丙烯酸丁酯质量为淀粉质量的25％、过硫酸铵质量为淀粉质量的1.33％、N,N-二甲基甲酰胺的量为淀粉质量的5％；
其中，淀粉选用玉米淀粉。
步骤2：将上述四种材料放入搅拌器中搅拌均匀，具体的搅拌混合步骤为：
步骤2.1，将步骤1中称取的丙烯酸丁酯和过硫酸铵中搅拌混合；并与 淀粉进行混合；
步骤2.2，将称取的N,N-二甲基甲酰胺加入到已经混合好的丙烯酸丁酯、过硫酸铵和淀粉的混合物中；
步骤3：将上述搅拌均匀的四种混合材料放入微波炉中进行微波辐照，微波炉的参数为频率2400Hz，功率105W，其中，辐照时间为每辐照3min，停止1min，共辐照3次；
步骤4：将步骤3得到的反应产物烘干至含水率在13％以下，并经过粉碎和过筛处理，即得淀粉-聚丙烯酸丁酯接枝淀粉。
实施例2
制备淀粉-聚丙烯酸丁酯接枝淀粉，按照以下步骤实施：
步骤1：分别称取淀粉、丙烯酸丁酯、过硫酸铵、N,N-二甲基甲酰胺，其中，丙烯酸丁酯质量为淀粉质量的33％、过硫酸铵质量为淀粉质量的5.33％、N,N-二甲基甲酰胺的量为淀粉质量的10％；
其中，淀粉选用马铃薯淀粉。
步骤2：将上述四种材料放入搅拌器中搅拌均匀，具体的搅拌混合步骤为：
步骤2.1，将步骤1中称取的丙烯酸丁酯和过硫酸铵中搅拌混合；并与淀粉进行混合；
步骤2.2，将称取的N,N-二甲基甲酰胺加入到已经混合好的丙烯酸丁酯、过硫酸铵和淀粉的混合物中；
步骤3：将上述搅拌均匀的四种混合材料放入微波炉中进行微波辐照，微波炉的参数为频率2500Hz，功率115W，其中，辐照时间为每辐照5min， 停止1min，共辐照5次；
步骤4：将步骤3得到的反应产物烘干至含水率在13％以下，并经过粉碎和过筛处理，即得淀粉-聚丙烯酸丁酯接枝淀粉。
实施例3
制备淀粉-聚丙烯酸丁酯接枝淀粉，按照以下步骤实施：
步骤1：分别称取淀粉、丙烯酸丁酯、过硫酸铵、N,N-二甲基甲酰胺，其中，丙烯酸丁酯质量为淀粉质量的28％、过硫酸铵质量为淀粉质量的2.55％、N,N-二甲基甲酰胺的量为淀粉质量的7.5％；
其中，淀粉选用木薯淀粉。
步骤2：将上述四种材料放入搅拌器中搅拌均匀，具体的搅拌混合步骤为：
步骤2.1，将步骤1中称取的丙烯酸丁酯和过硫酸铵中搅拌混合；并与淀粉进行混合；
步骤2.2，将称取的N,N-二甲基甲酰胺加入到已经混合好的丙烯酸丁酯、过硫酸铵和淀粉的混合物中；
步骤3：将上述搅拌均匀的四种混合材料放入微波炉中进行微波辐照，微波炉的参数为频率2450Hz，功率110，其中，辐照时间为每辐照4min，停止1min，共辐照4次；
步骤4：将步骤3得到的反应产物烘干至含水率在13％以下，并经过粉碎和过筛处理，即得淀粉-聚丙烯酸丁酯接枝淀粉。
实施例4
制备淀粉-聚丙烯酸丁酯接枝淀粉，按照以下步骤实施：
步骤1：分别称取淀粉、丙烯酸丁酯、过硫酸铵、N,N-二甲基甲酰胺，其中，丙烯酸丁酯质量为淀粉质量的33％、过硫酸铵质量为淀粉质量的3.03％、N,N-二甲基甲酰胺的量为淀粉质量的5％；
其中，淀粉选用小麦淀粉。
步骤2：将上述四种材料放入搅拌器中搅拌均匀，具体的搅拌混合步骤为：
步骤2.1，将步骤1中称取的丙烯酸丁酯和过硫酸铵中搅拌混合；并与淀粉进行混合；
步骤2.2，将称取的N,N-二甲基甲酰胺加入到已经混合好的丙烯酸丁酯、过硫酸铵和淀粉的混合物中；
步骤3：将上述搅拌均匀的四种混合材料放入微波炉中进行微波辐照，微波炉的参数为频率2500Hz，功率110W，其中，辐照时间为每辐照5min，停止1min，共辐照3次；
步骤4：将步骤3得到的反应产物烘干至含水率在13％以下，并经过粉碎和过筛处理，即得淀粉-聚丙烯酸丁酯接枝淀粉。
实施例1-4得到的是按照本发明的方法制备淀粉-聚丙烯酸丁酯接枝淀粉，其中采用了增容剂N,N-二甲基甲酰胺，另外，为了验证本方案方法的有效性，同时对应于实施例1-4设计了4个对比例，与实施例不同，作为对比例的制备方法中，其余成分的含量均与相应的实施例相同，不同点仅在于其中并未添加N,N-二甲基甲酰胺。实施例和对比例的实验数据如表1所示。
由表1中，可以看出，采用本发明的方案制备的接枝淀粉，其接枝率明显要高。
表1 实施例与对比例制备产品的接枝率
本发明采用N,N-二甲基甲酰胺增容剂，达到了淀粉、丙烯酸丁酯、过硫酸铵的充分接触，有效促进了淀粉-丙烯酸丁酯的接枝共聚，所得的接枝淀粉接枝率明显高于无增容剂时的接枝淀粉的接枝率。与原接枝方法相比，该制备方法没有明显增加反应过程的难度。

Claims (4)

1.一种制备淀粉-聚丙烯酸丁酯接枝淀粉的方法，其特征在于，具体按照以下步骤实施：
步骤1，称取原料；具体为：首先称取一定质量的淀粉，然后称取丙烯酸丁酯、过硫酸铵和N,N-二甲基甲酰胺，其中，丙烯酸丁酯的质量为淀粉质量25％～33％，过硫酸铵的质量为淀粉质量的1.33～5.33％，N,N-二甲基甲酰胺的量为淀粉干基质量的5～10％；
步骤2，将步骤1中称取的淀粉、丙烯酸丁酯、过硫酸铵和N,N-二甲基甲酰胺进行充分的混合，得到混合原料，具体为：
步骤2.1，将步骤1中称取的丙烯酸丁酯和过硫酸铵搅拌混合均匀；并与淀粉进行混合；
步骤2.2，将称取的N,N-二甲基甲酰胺加入到已经混合好的丙烯酸丁酯、过硫酸铵和淀粉的混合物中；
步骤3，通过微波辐照制备接枝淀粉；
步骤4，烘干并粉碎后制得淀粉-聚丙烯酸丁酯接枝淀粉。
2.根据权利要求1所述的一种制备淀粉-聚丙烯酸丁酯接枝淀粉的方法，其特征在于，所述的步骤1中的淀粉选用玉米淀粉、马铃薯淀粉、木薯淀粉或小麦淀粉中的任意一种。
3.根据权利要求1所述的一种制备淀粉-聚丙烯酸丁酯接枝淀粉的方法，其特征在于，所述的步骤3具体为：将步骤2中搅拌好的混合原料放入微波炉中进行微波辐照，其中微波辐照时的频率为2400～2500Hz，辐照的微波炉其功率设定为105W～115W，在辐照时每辐照3～5min，停止1min，如此反复进行3～5次，反应得到接枝淀粉浆料半成品。
4.根据权利要求1所述的一种制备淀粉-聚丙烯酸丁酯接枝淀粉的方法，其特征在于，所述的步骤4具体为：将步骤3辐照反应得到的接枝淀粉浆料半成品烘干至含水率13％以下，并经过粉碎和过筛处理，即得淀粉-聚丙烯酸丁酯接枝淀粉。
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