KR100226154B1 - Method of preparing highly substituted cationic starch - Google Patents

Method of preparing highly substituted cationic starch Download PDF

Info

Publication number
KR100226154B1
KR100226154B1 KR1019950065602A KR19950065602A KR100226154B1 KR 100226154 B1 KR100226154 B1 KR 100226154B1 KR 1019950065602 A KR1019950065602 A KR 1019950065602A KR 19950065602 A KR19950065602 A KR 19950065602A KR 100226154 B1 KR100226154 B1 KR 100226154B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
starch
cationic
mixer
producing
substitution
Prior art date
Application number
KR1019950065602A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR970042599A (en
Inventor
장영상
김대현
정화영
유영수
Original Assignee
이삼우
주식회사세원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 이삼우, 주식회사세원 filed Critical 이삼우
Priority to KR1019950065602A priority Critical patent/KR100226154B1/en
Publication of KR970042599A publication Critical patent/KR970042599A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR100226154B1 publication Critical patent/KR100226154B1/en

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08BPOLYSACCHARIDES; DERIVATIVES THEREOF
    • C08B31/00Preparation of derivatives of starch
    • C08B31/16Ether-esters

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Polymers & Plastics (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Polysaccharides And Polysaccharide Derivatives (AREA)

Abstract

본 발명은 고치환도 양성전분의 제조방법에 관한 것으로 전분을 혼합기내에 투입하고 유동층 상태로 계속 혼합시키며 3-클로로-2-하이드록시프로필트리메틸암모늄 클로라이드(3-Chloro-2-hydroxypropylammonium chloride) 또는 에폭시프로필암모늄 클로라이드(Epoxyprl-ammonium chloride)등의 양성화제를 미세하게 분무하는데, 이때 양성화제의 균일한 분무(噴霧)를 위하여 양성화제 액을 정량 압축펌프를 이용하여 2:1로 가압한 후 노즐을 통과시켜 비산하게 하여 전분과 접촉 면적을 최대한으로 하였다. 그리고 양성화 약품이 전분에 흡착하는 순간에 강력한 전단력을 가하여 덩어리(플록)가 생기는 것을 방지하였고(제2도)에서 보는 바와같이 이를 계속 와류(渦流)시켜 약품의 확산이 전분의 표면에서 내부로 침투되게끔하여 고치환도 양성전분의 제조방법을 제공한다.The present invention relates to a method for producing a high-substituted cationic starch, the starch is added to the mixer and continuously mixed in a fluidized bed state, 3-Chloro-2-hydroxypropylammonium chloride or epoxy Atomizing agents such as propyl ammonium chloride (Epoxyprl-ammonium chloride) is finely sprayed, in this case, for uniform spraying of the amphoteric agent, pressurizing the amphoteric solution to 2: 1 using a quantitative compression pump and then nozzle Starch and contact area were maximized by letting it pass through. At the moment when the protonated chemical is adsorbed on the starch, strong shearing force is applied to prevent the formation of lumps (Flock). As shown in Fig. 2, the vortex is continuously vortexed so that the diffusion of the chemical penetrates from the surface of the starch. It provides a method of producing high-substituted cationic starch.

본 발명에 의한 양성전분 제조법은 종래의 방법에 비해 반응수율이 높으며 치환도가 높을 뿐만 아니라 제조공정이 간단하여 공업적으로 매우 유용한 방법이다.Cationic starch production method according to the present invention is a highly useful method industrially because the reaction yield is higher than the conventional method, the degree of substitution is high, and the manufacturing process is simple.

Description

고치환도 양성전분의 제조방법Method for preparing high substituted cationic starch

본 발명은 고치환도 양성전분의 제조방법에 관한 것으로, 특히 제지공정 중 사용하고 있는 양성 전분의 제법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for producing high-substituted cationic starch, and more particularly to a method for preparing cationic starch used in the papermaking process.

양성전분은 제지공업에서 가장 중요한 변성 전분의 하나로써 차후 제지 공법상 중성 초지도입에 따라 매우 빠른 속도로 수요량이 증가될 전망이다. 그러므로 국내에서도 개발 및 적용을 서둘러야 하는 상황이나 현재 국내에서는 생산시설의 부족으로 산화전분 시설에서 그대로 양성 전분을 생산하고 있거나 수입에 의존하고 있을 뿐만 아니라 현 기술 수준은 제조 효율상 문제가 있어 해외로부터 수입되는 감자 양성 전분을 대체하기에는 부족한 품질이었다.Cationic starch is one of the most important modified starches in the papermaking industry, and the demand is expected to increase at a very rapid rate due to the introduction of neutral primary in the papermaking process. Therefore, it is necessary to hurry to develop and apply in Korea, but in Korea, it is not only producing positive starch in oxidized starch facilities due to lack of production facilities or relying on imports. It was of poor quality to replace potato starch.

양성전분의 제법에 관하여서는 이미 많은 문헌이 나와 있고, 제지산업에서 활발히 사용되는 만큼 그의 응용 기술에 대해서는 언급할 필요가 없을 정도로 일반화되어 있다.There are many literatures on the preparation of cationic starch, and as it is actively used in the paper industry, it is generalized so that it is not necessary to mention the application technology thereof.

즉, 양성전분(Cationic starch)은 양전하(Positive charge)을 띄고 있는 아미노(amino)기, 이미노(imino)기, 술폰산 암모늄, 인산염(Phosphonium)기 등을 포함하는 약품과 전분의 화학 반응에 의하여 만들어진다. 현재, 상업적으로 중요한 유도체들은 3급 아미노 전분 에테르(tertiary amino starch ether)와 4급암모늄 전분 에테르(quaternary ammonium starch ether)이다. 양성 전분을 사용하는데 있어 중요한 요인(factor)은 음으로 하전되어진 물질에 대한 친화성이다. 제지에서 섬유소와 양성전분은 이온결합과 수소결합의 조합으로 인해 섬유소결합(fiber bonding)을 증가시켜 종이강도를 증가시킨다. 다양한 점도를 얻기위해 산 가수분해, 산화, 덱스트린화(dextrinization)와 같은 별도의 다른 처리들과 양성화 반응과 조합되어 질 수 있다. 이외에도 중성기나 음이온기는 분산성과 전하 균형을 맞추기위해 사용한다. 이러한 양성전분을 제조하기위해 사용되는 약품으로 주로(4-클로로부텐-2)-트리메틸암모늄 클로라이드[(4-chlorobutene-2)-trimethylammonium chloride], 2-디에틸아미노에틸 클로라이드(2-diethylaminoethyl chloride)와 2,3-(에폭시프로필)트리메틸 암모늄 클로라이드[2,3-(epoxylpropyl) trimethyl ammonium chloride]등이 이용된다.In other words, cationic starch is formed by chemical reaction of starch with chemicals including amino group, imino group, ammonium sulfonate, phosphate group, etc., which have positive charge. Is made. Currently, commercially important derivatives are tertiary amino starch ethers and quaternary ammonium starch ethers. An important factor in using positive starch is the affinity for the negatively charged material. In papermaking, fibrin and cationic starch increase the fiber strength by increasing fiber bonding due to the combination of ionic and hydrogen bonding. It can be combined with other other treatments such as acid hydrolysis, oxidation, dextrinization and the protonation reaction to obtain various viscosities. In addition, neutral and anionic groups are used to balance dispersibility and charge. Drugs used to prepare these cationic starches are mainly (4-chlorobutene-2) -trimethylammonium chloride] and 2-diethylaminoethyl chloride. And 2,3- (epoxylpropyl) trimethyl ammonium chloride].

이러한 양성전분은 물에 완전히 용해하였을 때 정전기적으로 양전하를 띄게 되며, 이러한 양이온성은 충진물과 펄프의 음전하와 정전기적인 인력으로 작용하게 된다. 그러므로 서로 응집하는 효과가 있으며 종이 제조시 탈수(脫水)와 여수도(濾水度)를 개선하여 작업성을 높인다. 정전기적으로 결합된 종이의 원료들은 다시 건조과정을 거치는 동안 셀룰로오즈에 단단히 결착하게 되어 종이강도를 증가시킴으로 건조 지력증강제를 구실을 하기 된다.The cationic starch is electrostatically positive when completely dissolved in water, and the cationicity acts as a negative charge and electrostatic attraction of the filler and the pulp. Therefore, it has the effect of coagulation with each other and improves the workability by improving the dehydration and the degree of freedom in paper manufacturing. The raw materials of the electrostatically bonded paper again bind firmly to the cellulose during the drying process, thereby increasing the paper strength, thereby serving as a dry strength enhancer.

일반 전분의 부족한 품질에 이러한 이온적 기능성을 더한 것이 양성전분이며, 양성전분의 성능은 전분의 분자량, 분자구조, 결합화합물등에 따라 결정되나 가장 중요한 것은 정전기적인 능력이다. 이러한 양이온성 능력은 여러가지로 확인될 수 있으나 가장 실용적으로 쓰이는 방법은 양성 전분의 질소함량을 정량 분석하는 방법이다. 이것은 일반적인 켈달(kjeldahl)방법으로 분석될 수 있으며, 질소 함량과 정전기력은 일정한 비례관게를 가지게 된다. 또한 질소함량(%)을 가지고 전분의 분자에 대한 치환도(D.S; Degree of substitution)를 계산하게 되는데, 이론적으로 전분내에 치환이 가능한 반응잔기(Functional group)를 모두 100%변성시키면 치환도는 3.0이 되게 된다.Cationic starch is added to the insufficient quality of general starch, and the ion starch performance is determined by the starch's molecular weight, molecular structure, and binding compound. These cationic capacities can be confirmed in many ways, but the most practical method is to quantitatively analyze the nitrogen content of cationic starch. This can be analyzed by the usual Kjeldahl method, where nitrogen content and electrostatic forces have a constant proportionality. In addition, the degree of substitution (DS) of the starch molecule is calculated with the nitrogen content (%). The theoretical degree of substitution is 3.0 when all the functional groups that can be substituted in the starch are denatured. Will be

그러나 치환도 3.0의 반응 전분은 현실적으로 제조가 불가능하며 산업적으로 유통되는 치환도는 대개 반응효율등을 고려하여 0.03내외이다. (표 2)참조, 이렇게 치환도를 높인다는 것은 바꾸어 말하면 본래의 전분에 정전기적 인력을 높인다는 것이며, 제지공업에서 전분을 사용할 때 전분의 효능과 직접적인 관계를 갖는다고 하겠다. 그러므로 어떠한 방법을 사용하여 전분을 효과적으로 치환반응을 통하여 양성화 시키느냐 하는 것이 양성전분 제법의 노우하우(Know-how)가 되어있고, 이를 위하여 많은 연구가 진행되어 왔다.However, the reaction starch of substitution degree 3.0 is not practically prepared, and the degree of substitution distributed industrially is usually about 0.03 in consideration of reaction efficiency. (Table 2) In this way, increasing the degree of substitution means, in other words, increasing the electrostatic attraction to the original starch, and is directly related to the efficacy of starch when starch is used in the paper industry. Therefore, it is known how to positively starch through the substitution reaction using the know-how of the positive starch method, and many studies have been conducted for this.

그러나 국내의 기술은 아직도 양성전분의 제조기술이 미비하여 양성전분의 대부분을 수입에 의존하고 있고 치환도 자체도 저 치환도에 머무르고 있으므로 이에 대한 기술개발이 시급하며 분의 양성화 기술에 있어서 본 발명과 같은 혁신적인 공법을 도입하여 원가 절감과 제품의 품질항상이 필요한 것이다. 또한 제지공정에서 폐수는 환경문제와 결부되어 각 업체에서 폐수(廢水)의 방류를 절대적으로 줄이려는 노력으로 나타나고 있다. 이와같이 폐수의 양을 줄이기 위한 양성전분의 생산방법으로 현재까지 두가지의 건식제법(Dry process)이 알려져 있다. 즉, DOW사(미국)와 Degussa사(독일)의 방법으로 모두 믹서를 사용하고 전분 파우더에 알카리 촉매를 첨가한 후 전분을 활성화 시켜 양성화제를 스프레이 하는 것이다. 이러한, 건식법은 폐수처리 비용이 없고, 반응시간이 짧아 대량생산이 가능하며, 원가절감의 효과가 크다는 장점이 있으나 사용상의 몇가지 단점을 가지고 있다. 먼저, DOW사의 방법은 3-클로로-2-하이드록시프로필트리메틸암모늄 클로라이드를 수산화나트륨(NaOH)을 첨가하여 2, 3-에폭시프로필트리메틸암모늄 클로라이드 변형시켜 사용하여 수분조절이 어렵고 약품 변형중에 NaCl이 발생되므로 추가공정이 필요하고 폐기물 처리비용이 발생하는 단점이 있다. Degussa사 방법은 2, 3-에폭시프로필트리메틸암모늄 클로라이드를 사용하므로 약품의 원가가 높고 경제성이 떨어지며, 또한 에폭시화물(epoxide)형태이므로 불안정하기 때문에 약품의 순도가 떨어지기 쉬어 보관상의 애로점이 크며 반응효율도 다른 건식범에 비교하여 보통의 수준이다.However, domestic technology still lacks the manufacturing technology of cationic starch, so most of the cationic starch is dependent on imports, and the degree of substitution itself remains at a low degree of substitution. By adopting the same innovative method, cost reduction and product quality are always required. In addition, wastewater in the papermaking process is linked with environmental issues, and each company is showing efforts to reduce the discharge of wastewater. As such, two dry processes have been known as a method of producing positive starch to reduce the amount of wastewater. In other words, both DOW (USA) and Degussa (Germany) use a mixer, add an alkali catalyst to the starch powder, and then activate the starch to spray the protonating agent. Such a dry method has the advantages of no wastewater treatment cost, short reaction time, mass production, and cost reduction effect, but has some disadvantages in use. First, DOW's method uses 3-chloro-2-hydroxypropyltrimethylammonium chloride modified with 2, 3-epoxypropyltrimethylammonium chloride by adding sodium hydroxide (NaOH) to make moisture control difficult and NaCl is generated during chemical modification. Therefore, there is a disadvantage that additional processes are required and waste disposal costs are incurred. Degussa's method uses 2,3-epoxypropyltrimethylammonium chloride, so the cost of the drug is high and economical. Also, because it is an epoxide type, it is unstable, so the purity of the drug tends to be lowered, resulting in large storage difficulties and reaction efficiency. It is also moderate compared to other dryers.

서구 선진기술은 초지 공법상 중성(中性)초지법을 많이 사용하고 있는데, 이는 종이의 장기보존과 환경보존에 유리하기 때문이다. 결과적으로 우리나라에 있어서도 시대적 요구에 부응하여 종이의 품질을 높이고 공정의 합리화를 기하기 위하여 중성초지법을 도입하여 종이제법의 일대 혁신이 이루어지지 않으면 곤란하며, 결과적으로 위에서 언급한 양성 전분의 정전기적 특성을 이용하여 폐수의 양을 줄이고 보류를 높이는 기술 개발과 연계하여 적용하지 않으면 않되는 설정이다.Western advanced technology uses neutral papermaking method in papermaking method because it is advantageous for long-term and environmental preservation of paper. As a result, even in our country, it is difficult to introduce the neutral papermaking method in order to improve the quality of paper and to rationalize the process in order to meet the demands of the times. It is a setting that must be applied in connection with the development of technology to reduce the amount of waste water and to increase the retention by using.

따라서 본 발명의 목적은 수율이 높으면서 치환도가 높은 양성전분을 제조하는 방법을 제공하기 위한 것이다.Accordingly, it is an object of the present invention to provide a method for producing a cationic starch with high yield and high degree of substitution.

이러한 목적하에 본 발명자들은 기존의 산화전분과 같은 형식으로 전분유액(슬러리)상태에서 약품을 첨가하여 변성시키는 현재의 제법에서 완전히 탈피하여 전분을 건조분말상태에서 그대로 반응시켜서 양성전분을 제조하는 본 발명의 건식 제조법에 개발하게 되었으며, 본 발명에 따른 양성전분의 건식제조법은 상기 종래 건식제조법의 문제점을 해소하여 반응효율이 매우 높은 제품의 양산(量産)을 가능케하며 에너지 절감과 폐수문제를 단번에 해결할 수 있으며 제품의 원가도 낮출수 있는 이점이 있다.For this purpose, the present inventors completely escape from the current method of modifying by adding a chemical in a starch milk (slurry) state in the same form as the conventional oxidized starch, and reacting the starch as it is in a dry powder state to produce a positive starch. The dry manufacturing method of cationic starch according to the present invention solves the problems of the conventional dry manufacturing method to enable mass production of products with high reaction efficiency, and can solve energy saving and wastewater problems at once. It also has the advantage of lowering the cost of the product.

즉 본 발명은 건식제조법에 의한 균일한 양성화 전분을 제조하기 위하여 다음과 같은 실험시설을 갖추어 제1도와 같은 개선된 양성전분제조법으로 만든 결과 매우 만족할만한 성과를 얻었다. 즉, 전분을 혼합기(믹서)내에서 유동층 상태로 계속 혼합시키며 3-클로로-2-하이드록시프로필트리메틸암모늄 클로라이드(3-Chloro-2-hydrozypropylammonium chloride) 또는 에폭시프로필암모늄 클로라이드(Epoxypropyl-ammounium cloride)등의 양성화제를 미세하기 분무하는데, 이때 양성화제의 균일한 분무(噴霧)를 위하여 양성화제 액을 정량 압축펌프를 이용하여 2 : 1로 가압한 후 노즐을 통과시켜 비산하게 하여 전분과 접촉 면적을 최대한으로 하였다. 그리고 양성화 약품이 전분에 흡착하는 순간에 강력한 전단력을 가하여 덩어리(플록)가 생기는 것을 방지하였고(제2도)에서 보는 바와같이 이를 계속 와류(渦流)시켜 약품의 확산이 전분의 표면에서 내부로 침투되게끔 하였다.That is, the present invention has a satisfactory result as a result of the production of the improved cationic starch production method as shown in FIG. 1 with the following experimental facilities for producing uniform cationic starch by the dry manufacturing method. That is, starch is continuously mixed in a fluidized bed in a mixer (3-Chloro-2-hydrozypropylammonium chloride) or epoxypropyl-ammounium cloride. In order to atomize the protonating agent of fine, at this time, for uniform spraying of the protonating agent, pressurizing the protonating agent solution to 2: 1 using a fixed-quantity compression pump, and then scattering by passing through a nozzle to contact the starch and the contact area. It was made to the maximum. At the moment when the protonated chemical is adsorbed on the starch, strong shearing force is applied to prevent the formation of lumps (Flock). As shown in Fig. 2, the vortex is continuously vortexed so that the diffusion of the chemical penetrates from the surface of the starch. It was made.

본 발명에서 사용할 수 있는 전분으로는 옥수수전분, 밀전분, 감자전분, 타피오카전분, 쌀전분등의 모든 전분을 사용할 수 있으며, 또는 이들 전분자체의 개질을 위하여 포도당 분자내의 수산기를 치환하여 에테르(Ether), 에스테르(Ester) 형태로된 유도전분 또는 가교전분을 사용할 수 있다. 또한 전분을 고분자 단량체, 즉 CH2=CH-X(여기서 X는 소수성의 -CN, -CO2R 중의 한형태(예를들면 아크릴로니트릴)이거나 -CO2H, -CONH3, -CO(CH2)n, -N+RCl- 중의 한형태(예를들면 아크릴산)임.) 고분자중의 한가지를 사용하여 그라프팅한 전분을 사용할 수도 있다.The starch that can be used in the present invention may be any starch such as corn starch, wheat starch, potato starch, tapioca starch, rice starch, or ether (Ether) by replacing hydroxyl groups in the glucose molecule for modification of these starch bodies. ), Derived starch or crosslinked starch in ester form may be used. The starch may also be a polymer monomer, ie CH 2 = CH-X, where X is one of the hydrophobic -CN, -CO 2 R (eg acrylonitrile) or -CO 2 H, -CONH 3 , -CO (CH 2 ) One form of n , -N + RCl- (eg acrylic acid). Starch grafted using one of the polymers may be used.

제1도 양성 전분 제조법 흐름도Fig. 1 Flowchart for preparing positive starch

제2도 양성 전분 제조 혼합기(믹서)의 구조와 전분의 움직임2 Structure of Starch Mixer (Mixer) and Movement of Starch

반응효율의 극대화를 위해서 혼합기(믹서)를 아래와 같이 준비하였다.In order to maximize the reaction efficiency, a mixer (mixer) was prepared as follows.

1. 믹서재질, 형태(Mixer materials, finishing and shape)Mixer materials, finishing and shape

전분과 접촉하는 모든 부분을 스테인레스로 처리하였으며, 내부표면은 SUS 320 grade로 마감하는 것이 이상적인데 이것은 습도가 높은 제품이 내부 벽에 달라붙는 것을 막아준다. 반응이 진행되는 동안 전분은 점착성을 띄게 되는데, 역 고깔형(▼)으로 고안(D의 각도가 15°이상)하였을 뿐만 아니라 B : C의 비율을 조정하여 믹서내에서 전분이 내벽에 붙는 것을 방지하였고, 반응 완료후 완벽한 배출을 이룩하였다.All parts in contact with the starch are treated with stainless steel, and the inner surface is ideally finished with SUS 320 grade, which prevents high humidity products from sticking to the inner wall. During the reaction, the starch becomes sticky. It is designed with inverted solid shape (▼) (D angle of 15 ° or more) and adjusts the ratio of B: C to prevent the starch from sticking to the inner wall in the mixer. And complete discharge was achieved after the reaction was completed.

2. 믹서크기(Mixer Size)2. Mixer Size

믹서크기에 따라 반응정도가 매우 영향을 받는 것으로 나타났다. 그러므로 프로펠러 교반 능력에 알맞은 전분 투입량을 결정하는 것이 중요하였고, 실험에 사용된 용량은 600L용량이었으며, 보통 총부피의 40%이하를 전분으로 충진한 후 반응을 실시하는 것이 가장 이상적이었으나, 20%이하로 떨어지면 오히려 혼합효과가 떨어지는 것을 발견할 수 있었다.The degree of reaction was found to be very affected by the mixer size. Therefore, it was important to determine the appropriate amount of starch suitable for the propeller agitation capacity. The capacity used in the experiment was 600L, and it was most ideal to carry out the reaction after filling with less than 40% of the total volume with starch, but less than 20% When it fell down to the mixing effect was found to fall.

3. 믹서의 주날개(Main blade drive)3. Main blade drive of the mixer

2가지 속도(speed)를 사용하여 분당 회전수를 60rpm과 120rpm으로 조정하였으며, 이를 회전시키기 위한 동력은 22Kw 용량의 모우터를 사용하였다. 사이즈에 비해 믹서의 파워는 매우 충분하였다. 반응중 제품의 온도가 더욱 상승함(상온에서 55℃까지)으로 반응효율이 매우 높아져 95%이상이 되었다. 보통의 경우 주날개의 속도는 5-10m/sec정도가 바람직하였으며, 다양한 타입의 날개모양을 실험한 결과 반응효율의 차이는 없었다.Two speeds were used to adjust the revolutions per minute to 60 rpm and 120 rpm, and a power of 22 Kw motor was used for the rotation. The power of the mixer was very sufficient compared to the size. During the reaction, the temperature of the product further increased (from 55 to 55 ℃), resulting in a very high reaction efficiency of over 95%. In general, the speed of the main wing is preferably about 5-10 m / sec, and the results of the experiments of various types of wings showed no difference in reaction efficiency.

4. 시이드 쵸파(Cross screw driver)4. Cross screw driver

크로스 스크루 드라이브는 약품의 분무 과정에 있어서 매우 중요하였다.Cross screw drives were very important in the spraying of chemicals.

균일한 양성 전분을 제조하기위해서는 양성화제가 인젝션되는 포인트에 있어서 강한 전단력이 요구되었으며, 한 개의 크로스 스크루를 사용하면 사용치 않았을 때보다 반응효율을 약 50%정도 상승시키는 좋은 결과를 가져왔다. 쵸파의 위치는 쵸파의 날개와 주날개가 2-3mm의 간격을 유지할 수 있도록 설치하였을 때 가장 효과적으로 반응을 진행할 수 있었다. 분당 회전수는1700rpm이었으며, 이를 회전시키기 위한 동력은 7.7Kw용량의 모우터를 사용하였다.In order to prepare uniform positive starch, strong shear force was required at the point where the positive agent was injected, and using a single cross screw resulted in a good result of increasing the reaction efficiency by about 50% than when not used. Chopper's position was most effective when Chopper's wing and main wing were installed to maintain 2-3mm gap. The number of revolutions per minute was 1700rpm, and a motor with a capacity of 7.7Kw was used to rotate it.

5. 배출공기(Exhaust air)5. Exhaust air

공급과 배출을 하는 동안에 믹서안의 내부공기가 치환된다. 이때 배출공기는 적절히 여과되도록 주의를 기울였다.Internal air in the mixer is replaced during supply and discharge. Care was taken to ensure that the exhaust air was properly filtered.

이하 본 발명은 실시예에 의하여 상세히 설명하지만 이에 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in detail by way of examples, but is not limited thereto.

[실시예 1]Example 1

가. 양성성분의 제조end. Preparation of Positive Ingredient

옥수수 전분 100㎏을 반응혼합기(믹서)에 주입한 다음 수산화나트륨을 5.39㎏ 넣고 초기 믹싱을 주날개 속도 20m/sec으로 약 5분간 교반한다. 준비된 양성화제 약품을 5분간에 걸쳐서 골고루 스프레이 한 다음 반응 온도 15-40℃에서 믹서를 10분간 교반한다. 반응을 끝내고 질소함량을 정량하여 치환도(D.S) 0.079의 양성전분을 얻었다.100 kg of corn starch is injected into the reaction mixer (mixer), 5.39 kg of sodium hydroxide is added and the initial mixing is stirred for about 5 minutes at 20 m / sec of the main blade speed. Spray the prepared amphoteric agent evenly over 5 minutes and then stir the mixer for 10 minutes at the reaction temperature of 15-40 ℃. After the reaction, the nitrogen content was quantified to obtain a positive starch having a degree of substitution (D.S) of 0.079.

나. 반응효율분석I. Reaction efficiency analysis

양성전분 20g을 50% 에탄올 200ml에 스러리화 한다. 스러리는 30분동안 교반한후 Whatman#6여과지(filter paper)로 여과한다. 전분 케이크는 200ml 에탄올(50%)로 재스러리화한 후 10분동안 더 교반하여 여과과정을 2회 반복한다. 130℃ 진공오븐에서 3시간동안 건조한 후 건조된 샘플을 밀봉이 가능한 병에 보관하고, 반응효율을 다음과 같이 계산한다.20 g of positive starch is slurried in 200 ml of 50% ethanol. The slurry is stirred for 30 minutes and then filtered through Whatman® 6 filter paper. The starch cake was reslurried with 200 ml ethanol (50%) and then stirred for another 10 minutes to repeat the filtration process twice. After drying for 3 hours in a vacuum oven at 130 ℃, the dried samples are stored in a sealable bottle, the reaction efficiency is calculated as follows.

다음은 치환도에 따른 반응효율 분석표이다.The following table shows the reaction efficiency analysis according to the degree of substitution.

[실시예 2]Example 2

전분량의 0.01%의 에피클로로히드린으로 가교(架橋)반응시킨 감자전분 100㎏을 반응 혼합기(믹서)에 주입한 다음 수산화칼슘[Ca(OH)2] 8.89㎏과 점토(Clay) 1.0㎏을 넣고 초기 믹싱을 주날개 속도30m/sec으로 약 5분간 교반한다. 믹서의 측변에 설치된 사이드 쵸파를 RPM 1700으로 교반하면서 준비된 양성화제(3-클로로-2-하이드록시프로필트리메틸암모늄 클로라이드) 23.56㎏을 약 5분간에 걸쳐서 골고루 스프레이 한 다음 반응온도 15-40℃에서 믹서를 10분동안 교반한다. 반응을 끝내고 질소 함량을 정량하여 치환도(D.S) 0.147의 양성전분을 얻었다.100 kg of potato starch cross-linked with 0.01% epichlorohydrin of starch was poured into the reaction mixer, followed by 8.89 kg of calcium hydroxide [Ca (OH) 2 ] and 1.0 kg of clay. The initial mixing is stirred for about 5 minutes at the main blade speed of 30 m / sec. 23.56 kg of the cationizing agent (3-chloro-2-hydroxypropyltrimethylammonium chloride) prepared while stirring the side chopper installed at the side of the mixer at RPM 1700 was evenly sprayed for about 5 minutes and then the mixer was stirred at a reaction temperature of 15-40 ° C. Stir for 10 minutes. After the reaction, the nitrogen content was quantified to obtain a positive starch having a degree of substitution (DS) of 0.147.

[실시예 3]Example 3

타피오카전분 100㎏을 반응혼합기(믹서)에 주입한 다음 수산화나트륨을 6.39㎏ 넣고 초기믹싱을 주날개 속도 20m/sec으로 약 5분간 교반한다. 준비된 양성화제 15.71㎏과 물 5.4㎏을 정량적으로 추가하여 총 5분간에 걸쳐서 골고루 스프레이 한 다음 믹서를 10분간 교반한다. 반응을 끝내고 질소함량을 정량하여 치환도(D.S) 0.098의 양성 전분을 얻었다.Inject 100 kg of tapioca starch into the reaction mixer (mixer), add 6.39 kg of sodium hydroxide, and stir for about 5 minutes at an initial mixing speed of 20 m / sec. 15.71 kg of the prepared amphoteric and 5.4 kg of water are quantitatively added and sprayed evenly over a total of 5 minutes, followed by stirring the mixer for 10 minutes. After the reaction, the nitrogen content was quantified to obtain a positive starch having a degree of substitution (D.S) of 0.098.

[비교예 1]Comparative Example 1

습식방법(Wet Porcess)Wet Porcess

전분유액(스러리) 19Be'를 마련하여 반응관(5L)에 전분 스러리 3L를 넣는다.Prepare 19Be 'of starch liquor (slurry) and add 3L of starch slurry to the reaction tube (5L).

수산화나트륨(4%)로 pH 12-13으로 조절 후 양성화제(3-Chloro-2-Hydroxypropyltri-methylammonium chloride) 40g을 정량적으로 첨가 후 4-5시간동안 반응을 한다. 반응종료 후 염산(15%)을 사용하여 pH 5.6으로 중화를 하고 여과, 수세, 건조과정을 거친 후 질소정량법에 의하여 치환도(DS)는 0.035수준이다.After adjusting to pH 12-13 with sodium hydroxide (4%), 40 g of a cationic agent (3-Chloro-2-Hydroxypropyltri-methylammonium chloride) was added quantitatively and reacted for 4-5 hours. After completion of the reaction, neutralized to pH 5.6 with hydrochloric acid (15%), filtered, washed with water and dried, and the degree of substitution (DS) was 0.035 by nitrogen quantification.

[비교예 2]Comparative Example 2

DOW사 건식법 (Dry Process)DOW Dry Process

3-클로로-2-하이드록시프로필트리메틸암모늄 클로라이드의 변형방법Modification of 3-chloro-2-hydroxypropyltrimethylammonium chloride

3-클로로-2-하이드록시프로필트리메틸암모늄 클로라이드(7.2575g, 63.75%)를 유리 비이커에 넣고 수산화나트륨(3.88N) 6.5ml를 첨가하여 10분간 자동 교반한다. 이동안에 CHPTMAT는 2,3-에폭시프로필트리메틸암모늄 클로라이드로 모두 변형이 된다.3-chloro-2-hydroxypropyltrimethylammonium chloride (7.2575 g, 63.75%) is placed in a glass beaker and 6.5 ml of sodium hydroxide (3.88N) is added and stirred automatically for 10 minutes. During migration, CHPTMAT is transformed into 2,3-epoxypropyltrimethylammonium chloride.

에폭시화물형태가 완료된 후 감자전분 93.48g을 믹서에 넣고 칼슘옥사이드(CaO) 5.6g과 카오린(Kaolin) 7.8g을 첨가한 후 믹싱한다. 믹싱중에 에폭사이드형태의 양성화제를 10분간에 걸쳐 스프레이한 후 20분간 더 믹싱하여 준다. 치환도(DS)는 0.043이며, 반응효율(%)는 84%이다.After completion of the epoxide form, add 93.48 g of potato starch to the mixer, and mix with 5.6 g of calcium oxide (CaO) and 7.8 g of kaolin. During mixing, spray the epoxide type amphoteric over 10 minutes and then mix for 20 more minutes. Substitution degree (DS) is 0.043, and reaction efficiency (%) is 84%.

[비교예 3]Comparative Example 3

Degussa사 건식법(Dry Process)Degussa Dry Process

옥수수전분 1㎏(수분 12%)을 믹서 안에 넣고 촉매(PC2/9F : 수산화칼슘과 실리카의 혼합물) 23.8g을 넣고 교반을 한 후 2,3-에폭시프로필트리메틸암모늄 클로라이드(순도 71%) 90.2g을 스프레이 하고, 믹싱을 15분간 하여주면 치환도(DS) 0.08 반응효율 85%의 양성전분을 얻을 수 있다.1 kg of corn starch (12% water) was added to the mixer, and 23.8 g of catalyst (PC2 / 9F: a mixture of calcium hydroxide and silica) was stirred. Then, 90.2 g of 2,3-epoxypropyltrimethylammonium chloride (71% purity) was added thereto. After spraying and mixing for 15 minutes, a cationic starch having a degree of substitution (DS) of 0.08 reaction efficiency of 85% can be obtained.

이와같이 본 발명의 방법에 의한 건식법은(하기표 1 및 2)에서 보는 바와같이 기존의 습식법에 비하여 반응수율(Yield)이 월등히 높은 것이 특징이며 또한, 건식법으로 제조시 양성 전분의 반응정도인 치환도(D.S)를 기존의 프로세스에서는 달성할 수 없었던 (0.2에서 0.5)까지도 올릴 수 있다. 이것은 초지공정에서 양성전분을 사용하여 종이를 만들때 양성전분의 양성화도가 중요한 요인으로 되어 공정중의 충전물(예를 들면 탄산칼슘등)의 보류를 높임으로 종이의 원가절감 뿐만 아니라 불투명도 개선, 인쇄적성 개선, 표면 강도 개선등의 효과를 가져오는 것을 감안할때 매우 중요한 개발이 될 것이다.As described above, the dry method according to the method of the present invention is characterized in that the reaction yield (Yield) is much higher than the conventional wet method as shown in Tables 1 and 2, and the degree of substitution, which is the degree of reaction of the positive starch when prepared by the dry method. (DS) can be raised to levels (0.2 to 0.5) that were not achievable in conventional processes. This is the positive factor of positive starch when making paper using positive starch in papermaking process, which increases the retention of fillers (e.g. calcium carbonate) during the process, which not only reduces paper cost but also improves opacity and prints. It will be a very important development considering the effect of improving aptitude, improving surface strength, etc.

[표 1]TABLE 1

기존의 습식법과 건식법의 반응효율(%)비교Comparison of Reaction Efficiency (%) between Conventional Wet and Dry Methods

[표 2]TABLE 2

최고 가능한 치환도(D.S)비교Maximum Possible Substitution (D.S) Comparison

또한 종래의 습식법은 전분유액에 반응제를 첨가하여 전분을 양성화 시킴으로 양성 전분을 만들고 수세 및 탈수, 건조과정을 거쳐 양성전분 분말로 제조하는데 비하여 본 발명의 건식제법은 기존 양성전분과는 달리 프로세스가 단순한 것이 특징이다. 즉 공정중 용매나 물의 사용이 없어 별도의 탈수나 건조과정이 없어 총 제조시간이 짧아지고 부가적으로 발생되는 폐수도 없을 뿐만 아니라 공정 단순화로 대량생산이 가능하고 제품의 원가가 낮아지게 된다(표 3참조). 또한 연속호화 변성에 비하여서는 반응수율이 매우 높아 고품질의 양성 전분 제조가 가능하고 균일한 제품을 얻을 수 있는 장점이 있어 공업적으로 매우 유용한 방법이다.In addition, the conventional wet method produces a positive starch by adding a reactant to the starch milk to make the starch positive, and washes, dehydrates and dries to prepare the positive starch powder. Simple is characterized. In other words, there is no solvent or water in the process, so there is no separate dehydration or drying process, so the total manufacturing time is shortened and no additional waste water is generated. 3). In addition, the reaction yield is very high compared to continuous denatured modification, it is possible to manufacture high-quality cationic starch, and it is very useful industrially because it has the advantage of obtaining a uniform product.

[표 3]TABLE 3

기존제법과의 비교Comparison with existing recipe

Claims (6)

양성전분을 제조함에 있어서, 전분을 혼합기내에서 유동층상태로 혼합시키면서 양성화제로 3-클로로-2-하이드록시프로필트리메틸암모늄 클로라이드(CHPTMAC; 3-chloro-2-hydroxypropyltrimethylammonium chloride)를 분무하여 건조분말상태에서 치환도(D.S.; Degree of substitution) 0.02~0.3의 양성전분을 제조함을 특징으로 하는 고치환도 양성전분의 제조방법.In preparing cationic starch, the starch is mixed in a fluidized bed in a mixer, and sprayed with 3-chloro-2-hydroxypropyltrimethylammonium chloride (CHPTMAC) with a cationic agent in a dry powder state. Degree of substitution (DS; degree of substitution) A method for producing a highly substituted positive starch, characterized in that to prepare a positive starch of 0.02 ~ 0.3. 제1항에 있어서, 용매로써 물을 총량 대비 20%이하 사용하고, 촉매로서 알카리토금속류를 사용함을 특징으로 하는 고치환도 양성전분의 제조방법.The method for producing highly substituted cationic starch according to claim 1, wherein water is used as a solvent or less than 20% of the total amount, and alkaline earth metals are used as a catalyst. 제1항에 있어서, 전분으로서 옥수수전분, 밀전분, 감자전분, 타피오카전분, 쌀전분등의 산업적 양산이 가능한 모든 전분을 사용함을 특징으로 하는 고치환도 양성전분의 제조방법.The method of producing high-substituted cationic starch according to claim 1, wherein all starches capable of industrial mass production such as corn starch, wheat starch, potato starch, tapioca starch, rice starch and the like are used as starch. 제1항에 있어서, 전분으로서 전분 자체의 개질(改質)을 위하여 포도당 분자내의 수산기(水酸基)를 치환하여 에테르(Ether), 에스테르(Ester)형태로 된 유도전분(誘導澱粉)을 사용하거나 가교(架橋) 전분 및 인산전분을 사용함을 특징으로 하는 고치환도 양성전분의 제조방법.According to claim 1, Starch is used to replace the hydroxyl group in the glucose molecule for the modification of the starch itself, or use a cross-linked starch in the form of ether, ester (Ester) or crosslinking A method for producing a highly substituted cationic starch, characterized by using starch and phosphate starch. 제1항에 있어서, 전분으로서 전분을 CH2= CH-X의 형태의 고분자 단량체(여기에서 X는 소수성의 -CN, -CO2R중의 한 형태(예를 들면, 아크릴로니트릴)이거나, -CO2H, -CONH2, -CO(CH2)n, -N+RC1- 중의 한 형태(예를 들면 아크릴산)중의 한가지를 사용하여 그라프팅한 전분을 사용함을 특징으로 하는 고치환도 양성전분의 제조방법.The method of claim 1, wherein the starch is starch as a starch, wherein the polymer monomer is CH2 = CH-X, wherein X is one of hydrophobic -CN, -CO 2 R (e.g. acrylonitrile) or -CO Of high-substituted cationic starches characterized by using starch grafted using one of 2 H, -CONH 2 , -CO (CH 2 ) n and -N + RC 1-such as acrylic acid. Manufacturing method. 제1항에 있어서, 혼합기(믹서)내의 주날개 스피드가 5-50 m/sec, 쵸파의 회전수가 1000-3000rpm, 반응온도 15℃-60℃로 함을 특징으로 하는 고치환도 양성전분의 제조방법.The preparation of the highly substituted cationic starch according to claim 1, wherein the main blade speed in the mixer is 5-50 m / sec, the rotation speed of the chopper is 1000-3000 rpm, and the reaction temperature is 15 ° C-60 ° C. Way.
KR1019950065602A 1995-12-29 1995-12-29 Method of preparing highly substituted cationic starch KR100226154B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1019950065602A KR100226154B1 (en) 1995-12-29 1995-12-29 Method of preparing highly substituted cationic starch

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1019950065602A KR100226154B1 (en) 1995-12-29 1995-12-29 Method of preparing highly substituted cationic starch

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR970042599A KR970042599A (en) 1997-07-24
KR100226154B1 true KR100226154B1 (en) 1999-10-15

Family

ID=19447090

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1019950065602A KR100226154B1 (en) 1995-12-29 1995-12-29 Method of preparing highly substituted cationic starch

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR100226154B1 (en)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101467907B1 (en) * 2013-05-24 2014-12-02 경희대학교 산학협력단 Preparation method of cationic starch using ultra high pressure

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4464528A (en) * 1982-12-16 1984-08-07 The Dow Chemical Company Process for making cationic starch
US4785087A (en) * 1986-02-15 1988-11-15 Degussa Aktiengesellschaft Process for dry cationization of starch

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4464528A (en) * 1982-12-16 1984-08-07 The Dow Chemical Company Process for making cationic starch
US4785087A (en) * 1986-02-15 1988-11-15 Degussa Aktiengesellschaft Process for dry cationization of starch

Also Published As

Publication number Publication date
KR970042599A (en) 1997-07-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2192228B1 (en) Use of cationic starch
US4281109A (en) Pollution-free cationization of starch
EP0234513B1 (en) Binder for use in a paper-making process
EP0060291B1 (en) Paper making process utilizing an amphoteric mucous structure as binder
CN101210055B (en) Modified guar gum, preparing method thereof, and application of the same in preparing tobacco thin sheet
CN106758500B (en) A method of utilizing the modified papermaking filler of cationic cellulose derivative
CN1240010A (en) Method for making wet strength paper
US5989391A (en) Reaction product of sulfonated amino resin and amino group-containing substance and papermaking process
CN104499371A (en) High strength impregnation textured paper production process
JP6376365B2 (en) Stabilized size formulation
EP1629016B1 (en) A process for the preparation of hydroxy polymer esters
KR100226154B1 (en) Method of preparing highly substituted cationic starch
JP6376366B2 (en) Stabilized size formulation
US3354034A (en) Novel cationic starch derivatives
CN1238601C (en) Starch polymer composition used in paper-making
CN101081873A (en) Modified starch using cyanuric chloride as linking radical and preparation method thereof
CN1560361A (en) Production technology of surface glueing starch with high reserving rate
CN1085279C (en) Non-wood fibre paper strengthening agent
JP3543551B2 (en) Easy-to-disintegrate internal paper strength agent and method for producing easy-to-disintegrate paper or fiber sheet
US6265570B1 (en) Cold water soluble starch aldehydes and the method of preparation thereof
JP4378086B2 (en) Production method and papermaking method of amphoteric starch polyion complex
CN101747442A (en) The low-viscose granulation method of technology level sodium carboxymethylcellulose
JP2673693B2 (en) Paper manufacturing method
CN113861299A (en) Environment-friendly production method of surface glue starch for papermaking
WO1995011340A1 (en) Manufacture and use of a zirconium-protein system

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20120716

Year of fee payment: 14

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20130723

Year of fee payment: 15

LAPS Lapse due to unpaid annual fee