CN110172105B - 一种提高干法/半干法淀粉与醚化剂反应效率的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明一种提高干法/半干法淀粉与醚化剂反应效率的方法。该方法将表面活性剂与尿素配制一定浓度的溶液浸泡淀粉或均匀喷洒在淀粉中，必要时经脱水、干燥、研磨，再将醚化剂与淀粉在一定的工艺条件下反应，制得阳离子淀粉。该方法实施简单，并可有效提高干法/半干法阳离子淀粉生产工艺中淀粉与醚化剂的反应效率。

Description

一种提高干法/半干法淀粉与醚化剂反应效率的方法
技术领域
本发明涉及淀粉改性领域，具体涉及一种提高干法/半干法淀粉与醚化剂反应效率的方法。
技术背景
阳离子淀粉的制备一般有三种工艺方法，即湿法、干法和半干法。湿法工艺指反应在液相中进行,工艺比较成熟,但是生产流程长,生产过程废水多,设备投资大、能耗大、成本高。干法则是在固相条件下进行的反应,周期短、效益高,但是存在反应不均匀,对设备要求较高等问题。半干法生产工艺则是在反应过程中加入少量溶剂，促进醚化剂在淀粉中的扩散、渗透，反应均匀性比干法好，同时具有周期短、效益高、环境污染小等优点。对淀粉进行预处理，如通过机械作用破坏淀粉颗粒表面结构，可增加醚化剂与淀粉颗粒的可及度，提高干法、半干法淀粉与醚化剂的反应效率；但机械处理在破坏淀粉颗粒表面结构的同时，对淀粉分子结构产生了破坏，即淀粉的分子链断裂，分子量降低，这影响了改性后的淀粉特性。本发明通过使用具有润湿和渗透性表面活性剂与尿素混合溶液处理淀粉，削弱淀粉分子间的作用力，增加醚化剂与淀粉分子间的作用，在干法及半干法工艺条件下，提高醚化剂与淀粉的反应效率，制备更高取代度的阳离子淀粉。
发明内容
本发明的目的在于根据现有技术存在的问题及不足，提供一种提高干法/半干法淀粉与醚化剂反应效率的方法。
本发明上述目的通过以下技术方案予以实现：
将表面活性剂溶解在去离子水或蒸馏水中，再将尿素加入并使其完全溶解。将淀粉分散在表面活性剂和尿素的混合溶液中，或将表面活性剂与尿素的混合溶液均匀喷洒在淀粉中，常温或加热放置一定时间后，再与醚化剂反应(必要时先脱水、再烘干及研磨)，制得阳离子淀粉。
一种提高干法/半干法淀粉与醚化剂反应效率的方法，包括如下步骤：
(1)将表面活性剂与尿素配制混合溶液；
(2)将淀粉分散在混合溶液中浸泡或将混合溶液均匀喷洒在淀粉颗粒表面；室温或加热放置；
(3)将浸泡的淀粉脱水，必要时将脱水后的淀粉或喷洒混合溶液的淀粉烘干、研磨；所述研磨为过100目筛；
(4)将研磨后的淀粉与醚化剂于干法或半干法工艺下制备阳离子淀粉，提高淀粉与醚化剂的反应效率，制得更高取代度的阳离子淀粉。
进一步地，所述表面活性剂为具有渗透和润湿功能的非离子表面活性剂或阴离子表面活性剂；所述表面活性剂包括烷基酚聚氧乙烯醚、壬基酚聚氧乙烯醚、聚山梨酯、脂肪醇聚氧乙烯醚或十二烷基苯磺酸钠。
进一步地，步骤(1)的具体方法为：搅拌下使表面活性剂溶于去离子水或蒸馏水中，再加入尿素使其完全溶解。
进一步地，步骤(1)中，所述混合溶液中表面活性剂浓度为0.1％-2wt％，尿素浓度为0.2％-5wt％。
进一步地，步骤(2)的具体步骤为：将淀粉以30％-50％浓度浸泡在表面活性剂与尿素的混合溶液中，室温或略加热至30-60℃并放置30min-3hr，脱水、烘干、研磨，再与醚化剂反应制备阳离子淀粉。
进一步地，步骤(2)的具体步骤为：将表面活性剂与尿素溶液均匀喷洒在淀粉颗粒表面，室温或略加热至30-60℃并放置30min-3h，必要时可烘干、研磨。
进一步地，步骤(2)中，浸泡和喷洒表面活性剂与尿素混合溶剂的淀粉加温至30-60℃。
本发明基本原理如下：干法、半干法制备阳离子淀粉因生产周期短、无废水产生、效益高等优点是目前厂家普遍采用的工艺，其最大的不足就是醚化剂与淀粉反应的效率低及产品均一性差的问题。淀粉颗粒由有序的结晶区和无序的无定形区两部分组成，且二者没有明确的分界线。结晶区淀粉分子结合间紧密，为有规则的束状体-结晶束；在结晶束之间区域淀粉分子间结合相对松散，排列杂乱，为无定形区。本发明根据淀粉颗粒的结构特点，利用具有渗透性的表面活性剂将小分子的尿素渗透进入淀粉颗粒的无定形区，使淀粉颗粒适当膨胀，颗粒体积变大，但不破坏。当变大后的淀粉颗粒与醚化剂作用时，醚化剂可以渗透到淀粉颗粒的内部，增加了其与淀粉的反应能力和效率，进而提高了阳离子淀粉的取代度。
与现有技术相比，本发明具有如下优势：
由结晶区与无定形区组成的淀粉颗粒其分子间的氢键作用阻碍了在干法或半干法阳离子淀粉制备中淀粉与醚化剂的作用，使得醚化剂与淀粉的反应效率相对较低，且很难制得高取代度的阳离子淀粉。本发明使用具有润湿和渗透性的表面活性剂将尿素渗透进淀粉分子的无定形区，增加淀粉分子间的距离，使淀粉颗粒膨胀，易于醚化剂与淀粉分子间的相互作用，从而提高淀粉与醚化剂的反应能力及反应效率，可制得更高取代度的阳离子淀粉。
具体实施方式
下面结合具体实例来进一步阐述本发明，但本发明的具体实施方式并不限于此。
实施例1
木薯原淀粉记为S0。将20gS0淀粉与3g的2,3-环氧丙基三甲基氯化铵(GTA)反应，控制体系含水量为25wt％，反应温度80℃，反应时间2.5小时，制得的阳离子淀粉取代度为0.082，GTA的反应效率47.1％
实施例2
将OP-10(辛基酚聚氧乙烯醚)溶解在水溶液中，浓度0.2wt％。将木薯淀粉按30％分散在OP-10的水溶液中，加热至50℃后保温30min，抽滤后烘干，粉碎备用，记为S1。将20gS1淀粉与3g的2,3-环氧丙基三甲基氯化铵(GTA)反应，控制体系含水量为25％，反应温度80℃，反应时间2.5小时，制得的阳离子淀粉取代度为0.098，GTA的反应效率为56.3％
实施例3
将OP-10溶解在水溶液中，浓度0.3wt％。将木薯淀粉按30％分散在OP-10的水溶液中，加热至50℃后保温30min，抽滤后烘干，粉碎备用，记为S2。将20gS2淀粉与3g的2,3-环氧丙基三甲基氯化铵(GTA)反应，控制体系含水量为25％，反应温度80℃，反应时间2.5小时，制得的阳离子淀粉取代度为0.108，GTA的反应效率为62.0％
实施例4
将OP-10溶解在水溶液中，浓度0.3wt％；在OP-10的水溶液中加入0.2％尿素使其溶解。将木薯淀粉按30％分散在OP-10与尿素的混合水溶液中，加热至50℃后保温30min，抽滤后烘干，粉碎备用，记为S3。将20gS3淀粉与3g的2,3-环氧丙基三甲基氯化铵(GTA)反应，控制体系含水量为25％，反应温度80℃，反应时间2.5小时，制得的阳离子淀粉取代度为0.298，GTA的反应效率为85.5％
实施例5
将OP-10溶解在水溶液中，浓度0.3wt％；在OP-10的水溶液中加入0.4％尿素使其溶解。将木薯淀粉按30％分散在OP-10与尿素的混合水溶液中，加热至50℃后保温30min，抽滤后烘干，粉碎备用，记为S4。将20gS4淀粉与3g的2,3-环氧丙基三甲基氯化铵(GTA)反应，控制体系含水量为25％，反应温度80℃，反应时间2.5小时，制得的阳离子淀粉取代度为0.346，GTA的反应效率为99.3％。
实施例6
将NP-10(壬基酚聚氧乙烯醚)溶解在水溶液中，浓度0.3wt％；在NP-10的水溶液中加入0.4％尿素使其溶解。将木薯淀粉按30％分散在NP-10与尿素的混合水溶液中，加热至50℃后保温30min，抽滤后烘干，粉碎备用，记为S5。将20gS5淀粉与3g的2,3-环氧丙基三甲基氯化铵(GTA)反应，控制体系含水量为25％，反应温度80℃，反应时间2.5小时，制得的阳离子淀粉取代度为0.265，GTA的反应效率为76.1％。
实施例7
将NP-10与十二烷基苯磺酸钠按3:1的配比(质量比)溶解在水溶液中，浓度0.4wt％；在混合的水溶液中加入0.4％尿素使其溶解。将木薯淀粉按30％分散在表面活性剂与尿素的混合水溶液中，加热至50℃后保温30min，抽滤后烘干，粉碎备用，记为S6。将20gS6淀粉与3g的2,3-环氧丙基三甲基氯化铵(GTA)反应，控制体系含水量为25％，反应温度80℃，反应时间2.5小时，制得的阳离子淀粉取代度为0.306，GTA的反应效率为87.8％。
实施例8
将TW-80(聚山梨酯80)溶解在水溶液中，浓度0.3wt％；TW-80的水溶液中加入0.4％尿素使其溶解。将木薯淀粉按30％分散在TW-80与尿素的混合水溶液中，加热至50℃后保温30min，抽滤后烘干，粉碎备用，记为S7。将20gS7淀粉与3g的2,3-环氧丙基三甲基氯化铵(GTA)反应，控制体系含水量为25％，反应温度80℃，反应时间2.5小时，制得的阳离子淀粉取代度为0.278，GTA的反应效率为79.8％。
实施例9
将AEO-9(脂肪醇聚氧乙烯醚)溶解在水溶液中，浓度0.3wt％；在AEO-P的水溶液中加入0.4％尿素使其溶解。将木薯淀粉按30％分散在AEO-P与尿素的混合水溶液中，加热至50℃后保温30min，抽滤后烘干，粉碎备用，记为S8。将20gS8淀粉与3g的2,3-环氧丙基三甲基氯化铵(GTA)反应，控制体系含水量为25％，反应温度80℃，反应时间2.5小时，制得的阳离子淀粉取代度为0.329，GTA的反应效率为94.4％。

Claims (4)

1.一种提高干法/半干法淀粉与醚化剂反应效率的方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)将表面活性剂与尿素配制混合溶液；
(2)将淀粉分散在混合溶液中浸泡或将混合溶液均匀喷洒在淀粉颗粒表面；室温或加热放置；
(3)将浸泡的淀粉脱水，必要时将脱水后的淀粉或喷洒混合溶液的淀粉烘干、研磨；所述研磨为过100目筛；
(4)将研磨后的淀粉与醚化剂于干法或半干法工艺下制备阳离子淀粉，提高淀粉与醚化剂的反应效率，制得更高取代度的阳离子淀粉；
所述表面活性剂为具有渗透和润湿功能的非离子表面活性剂或阴离子表面活性剂；所述表面活性剂包括烷基酚聚氧乙烯醚、壬基酚聚氧乙烯醚、聚山梨酯、脂肪醇聚氧乙烯醚或十二烷基苯磺酸钠；
步骤(1)的具体方法为：搅拌下使表面活性剂溶于去离子水或蒸馏水中，再加入尿素使其完全溶解；
所述混合溶液中表面活性剂浓度为0.1％-2wt％，尿素浓度为0.2％-5wt％。
2.根据权利要求1所述的一种提高干法/半干法淀粉与醚化剂反应效率的方法，其特征在于：步骤(2)的具体步骤为：将淀粉以30％-50％浓度浸泡在表面活性剂与尿素的混合溶液中，室温或略加热至30-60℃并放置30min-3hr，脱水、烘干、研磨，再与醚化剂反应制备阳离子淀粉。
3.根据权利要求1所述的一种提高干法/半干法淀粉与醚化剂反应效率的方法，其特征在于：步骤(2)的具体步骤为：将表面活性剂与尿素溶液均匀喷洒在淀粉颗粒表面，室温或略加热至30-60℃并放置30min-3h，必要时可烘干、研磨。
4.根据权利要求1所述的一种提高干法/半干法淀粉与醚化剂反应效率的方法，其特征在于：步骤(2)中，浸泡和喷洒表面活性剂与尿素混合溶剂的淀粉加温至30-60℃。
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