RU2779845C1 - Способ производства химически модифицированного катионного крахмала - Google Patents
Способ производства химически модифицированного катионного крахмала Download PDFInfo
- Publication number
- RU2779845C1 RU2779845C1 RU2021131339A RU2021131339A RU2779845C1 RU 2779845 C1 RU2779845 C1 RU 2779845C1 RU 2021131339 A RU2021131339 A RU 2021131339A RU 2021131339 A RU2021131339 A RU 2021131339A RU 2779845 C1 RU2779845 C1 RU 2779845C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- starch
- chemically modified
- moisture content
- magnets
- conducting
- Prior art date
Links
- 229920002472 Starch Polymers 0.000 title claims abstract description 41
- 235000019698 starch Nutrition 0.000 title claims abstract description 38
- 239000008107 starch Substances 0.000 title claims abstract description 31
- 125000002091 cationic group Chemical group 0.000 title claims abstract description 14
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 10
- HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M sodium hydroxide Chemical compound [OH-].[Na+] HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims abstract description 27
- 235000011121 sodium hydroxide Nutrition 0.000 claims abstract description 9
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims abstract description 7
- 238000005886 esterification reaction Methods 0.000 claims abstract description 7
- 238000007885 magnetic separation Methods 0.000 claims abstract description 7
- 240000001016 Solanum tuberosum Species 0.000 claims abstract description 6
- 235000002595 Solanum tuberosum Nutrition 0.000 claims abstract description 6
- 235000002017 Zea mays subsp mays Nutrition 0.000 claims abstract description 6
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 claims abstract description 6
- 235000005822 corn Nutrition 0.000 claims abstract description 6
- 235000005824 corn Nutrition 0.000 claims abstract description 6
- 239000012190 activator Substances 0.000 claims abstract description 5
- 238000004806 packaging method and process Methods 0.000 claims abstract description 5
- CSPHGSFZFWKVDL-UHFFFAOYSA-M (3-chloro-2-hydroxypropyl)-trimethylazanium;chloride Chemical compound [Cl-].C[N+](C)(C)CC(O)CCl CSPHGSFZFWKVDL-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims abstract description 4
- 239000012429 reaction media Substances 0.000 claims abstract description 3
- 240000008042 Zea mays Species 0.000 claims abstract 2
- 238000006297 dehydration reaction Methods 0.000 claims description 6
- 235000021307 wheat Nutrition 0.000 claims description 5
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 3
- 240000008529 Triticum aestivum Species 0.000 claims 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 abstract description 9
- 238000003860 storage Methods 0.000 abstract description 4
- YJISHJVIRFPGGN-UHFFFAOYSA-N 5-[5-[3,4-dihydroxy-6-(hydroxymethyl)-5-methoxyoxan-2-yl]oxy-6-[[3,4-dihydroxy-6-(hydroxymethyl)-5-methoxyoxan-2-yl]oxymethyl]-3,4-dihydroxyoxan-2-yl]oxy-6-(hydroxymethyl)-2-methyloxane-3,4-diol Chemical compound O1C(CO)C(OC)C(O)C(O)C1OCC1C(OC2C(C(O)C(OC)C(CO)O2)O)C(O)C(O)C(OC2C(OC(C)C(O)C2O)CO)O1 YJISHJVIRFPGGN-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 3
- 229940100445 WHEAT STARCH Drugs 0.000 abstract description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 238000004064 recycling Methods 0.000 abstract 1
- 238000007873 sieving Methods 0.000 abstract 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 8
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 5
- 241000209140 Triticum Species 0.000 description 4
- 241000209149 Zea Species 0.000 description 4
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 3
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 3
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 3
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229920002261 Corn starch Polymers 0.000 description 2
- 239000007900 aqueous suspension Substances 0.000 description 2
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 2
- 239000008120 corn starch Substances 0.000 description 2
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 description 2
- 229920001592 potato starch Polymers 0.000 description 2
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 2
- 229920003043 Cellulose fiber Polymers 0.000 description 1
- 229920001131 Pulp (paper) Polymers 0.000 description 1
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 1
- 239000003513 alkali Substances 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 239000000920 calcium hydroxide Substances 0.000 description 1
- 229910001861 calcium hydroxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002826 coolant Substances 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 239000010840 domestic wastewater Substances 0.000 description 1
- 239000000945 filler Substances 0.000 description 1
- 238000005189 flocculation Methods 0.000 description 1
- 230000016615 flocculation Effects 0.000 description 1
- 239000010842 industrial wastewater Substances 0.000 description 1
- 239000008235 industrial water Substances 0.000 description 1
- 239000004615 ingredient Substances 0.000 description 1
- 238000010406 interfacial reaction Methods 0.000 description 1
- 230000014759 maintenance of location Effects 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 238000010907 mechanical stirring Methods 0.000 description 1
- 230000000877 morphologic Effects 0.000 description 1
- 230000003534 oscillatory Effects 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 238000004513 sizing Methods 0.000 description 1
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 1
- 239000000725 suspension Substances 0.000 description 1
- 238000004642 transportation engineering Methods 0.000 description 1
- 238000009827 uniform distribution Methods 0.000 description 1
- 239000002351 wastewater Substances 0.000 description 1
Images
Abstract
Изобретение относится к технологии переработки крахмала. Способ производства химически модифицированного катионного крахмала предусматривает добавление к крахмалу химического реагента N-(3-хлоро-2-гидроксипропил)-N,N,N-триметиламмоний хлорида, корректировку реакционной среды, где в качестве активатора используют едкий натр NaOH, и проведение реакции этерификации, отличающийся тем, что в качестве крахмала используют нативный крахмал с влажностью 10-40%: картофельный, и/или кукурузный, и/или пшеничный, а реакцию этерификации проводят в СВЧ установке при мощности 1-500 кВт в течение 1-10 минут с последующим обезвоживанием до товарной влажности 13-20% в результате сушки при температуре не более +60°С, просеиванием через сито с отверстиями не более 1,0 мм и магнитной сепарацией с использованием постоянных магнитов при толщине слоя продукта 6-8 мм и скорости прохождения слоя через магниты – не более 0,5 м/с с дальнейшей фасовкой и упаковкой. Изобретение обеспечивает получение крахмала с удовлетворительной степенью замещения, стабильной и неизменной в течение всего срока хранения, для применения его в бумажной промышленности. 2 ил., 3 пр.
Description
Изобретение относится к крахмалопаточной промышленности, в частности к производству катионных крахмалов. Катионные крахмалы (ККр) широко используются в бумажной промышленности - при проклейке мокрой бумажной массы для лучшего удержания в ней мелких целлюлозных волокон и наполнителей. Катионные крахмалы применяются также для флокуляции тонкодисперсных взвешенных частиц при очистке бытовых и промышленных сточных вод.
Для получения ККр используют «мокрый» [Винокуров А.Ю. и др. Морфологические, структурные и реологические свойства катионированного в водной суспензии крахмала // Вестн. технол. ун-та. - 2015. - Т. 18, №19. - С. 135-140.] и «сухой» [Коптелова Е.К., Ахаева С.М., Лукин Н.Д. Сухой способ катионирования крахмала // Хранение и перераб. сельхозсырья. - 2015. - № 12. - С. 23-26.] способы. При получении ККр «мокрым способом» водная суспензия крахмала концентрацией 35-40% сухих веществ смешивается с раствором щелочи и катионирующего реагента. Реакция этерификации продолжается несколько часов. Затем суспензия нейтрализуется кислотой, крахмал обезвоживается, промывается и высушивается.
Наиболее близким техническим решением к предложенному изобретению является «сухой способ» получения ККр [Коптелова Е.К., Лукин Н.Д., Ахаева С.М. Совершенствование сухого способа катионирования крахмала // Хранение и переработка сельхозсырья. - 2018. - № 2. - С. 48-52.] при котором исходный крахмал механически смешивали с сухим активатором - гидроксидом кальция, добавляли примерно половину намеченной воды, перемешивали, а потом вносили катионирующий реагент (N-(3-хлоро-2-гидроксипропил)-N,N,N-триметиламмоний хлорид) разведенный водой и снова тщательно перемешивали, увлажненный крахмал оставляли в закрытом сосуде на 3 суток, а затем анализировали.
Применение «сухого» способа производства ККр является более перспективным, т.к. позволяет значительно уменьшить расход производственной воды, исключить сточные воды и снизить потери сухих веществ как в производстве крахмала, так и при изготовлении бумаги.
Однако недостаток «сухого» способа производства ККр заключается в большой сложности достижения тонкого перемешивания сухих компонентов при механическом перемешивании с целью увеличения межфазной реакционной поверхности для интенсивного протекания реакции.
Таким образом, задачей, на решение которой направлено данное изобретение является разработка универсального, эффективного, экономичного и экологически безопасного способа получения химически модифицированных катионных крахмалов с применением инновационного метода СВЧ нагрева, приводящего к внутреннему разогреву благодаря колебательным движениям в магнитном поле молекул (диполей) воды и более равномерному распределению реагирующих ингредиентов, что позволяет получать катионные крахмалы с необходимой степенью замещения для технических целей.
Это достигается тем, что способ получения химически модифицированных катионных крахмалов предусматривает добавление к крахмалу химического реагента - N-(3-хлоро-2-гидроксипропил)-N,N,N-триметиламмоний хлорида, корректировку реакционной среды до [H+]<[OH-] и проведение реакции этерификации. В качестве крахмала используют нативный крахмал с влажностью 10-40%: картофельный и/или кукурузный, и/или пшеничный, а реакцию этерификации проводят в СВЧ установке при мощности 1-500 кВт в течение 1-10 минут с последующим обезвоживанием до товарной влажности 13-20% в результате сушки при температуре не более +60°С. Просеивают через сито с отверстиями не более 1,0 мм с магнитной сепарацией с использованием постоянных магнитов при толщине слоя продукта 6-8 мм и скорости прохождения слоя через магниты - не более 0,5 м/с с дальнейшей фасовкой и упаковкой.
Важное преимущество СВЧ нагрева - тепловая безинерционность, т.е. возможность практически мгновенного включения и выключения теплового воздействия на обрабатываемый материал. Отсюда высокая точность регулировка процесса нагревания и его воспроизводимость.
Достоинством СВЧ нагревания является также принципиально высокий к.п.д. преобразования СВЧ энергии в тепловую, выделяемую в объеме нагреваемых тел. Теоретическое значение этого к.п.д. близко к 100%. Тепловые потери в подводящих трактах обычно невелики, и стенки волноводов и рабочих камер остаются практически холодными, что создает комфортные условия для обслуживающего персонала.
При СВЧ нагреве отсутствует зависимость времени нагрева изделия от его формы и контакта обрабатываемого изделия с теплоносителем.
Способ реализуется следующим образом.
В качестве основного сырья используют нативный крахмал ((C6H10O5)n) кукурузный, или картофельный, или пшеничный. В качестве химического модифицирующего реагента используют катионизирующий реагент: N-(3-хлоро-2-гидроксипропил)-N,N,N-триметиламмоний хлорида (ХГПТМАХ). В качестве активатора используют едкий натр (NaOH).
Обработку нативного крахмала совместно с химическим модифицирующим реагентом и активатором проводят в СВЧ установке при мощности 1-500 кВт в течение 1-10 мин.
Блок-схема СВЧ установки представлена на фиг. 1. Генератор с блоком питания предназначен для получения заданного спектра СВЧ колебаний необходимой мощности. Линия передач служит для канализации сигнала от генератора в камеру, где осуществляется технологический процесс. Устройство загрузки-выгрузки позволяет менять в камере обработанный объект на подлежащий обработке. АСУ технологического процесса осуществляет контроль и управление процессом нагрева.
Основным элементом электротермической СВЧ установки является генератор. В электротермических СВЧ установках в качестве генератора колебаний используют магнетроны непрерывного генерирования, т.к. они имеют наибольший КПД, сравнительно просты по конструкции, работают на простых источниках питания, обладают достаточно высокой мощностью. Магнетрон представляет собой диод с особой конструкцией анода.
На фиг. 2 продемонстрирована общая схема бытовой СВЧ-печи.
Крахмал способен хорошо поглощать СВЧ энергию, т.к. имеет товарную влажность 13-20%.
Обезвоживание до товарных показателей влаги осуществляют в результате сушки при температуре не более +60°С.
Химически модифицированный катионный крахмал просеивают через сито с отверстиями не более 1,0 мм и подвергают магнитной сепарации с использованием постоянных магнитов при толщине слоя продукта 6-8 мм и скорости прохождения слоя через магниты - не более 0,5 м/с.
В дальнейшем полученный химически модифицированный катионный крахмал подают на фасовку, упаковку и транспортировку на склад готовой продукции или для отгрузки потребителю.
Далее приведены примеры конкретного выполнения изобретения.
Пример 1. Химически модифицированный картофельный ККр
В качестве нативного крахмала используют картофельный крахмал.
К 100 г картофельного крахмала добавляют предварительно смешанные 7,5 см3 65%-го водного раствора ХГПТМАХ и 1,0 г NaOH (в виде раствора концентрацией 20%). Все тщательно перемешивают. Полученные после тщательного перемешивания образцы подвергают воздействию СВЧ-поля мощностью 500 кВт в течение 1 мин. Влажность обрабатываемого продукта составила 25%.
Обезвоживание ККр до равновесной влажности осуществляют сушкой при температуре +50°С.
Химически модифицированный картофельный ККр просеивают через сито с отверстиями не более 1,0 мм и подвергают магнитной сепарации с использованием постоянных магнитов при толщине слоя продукта 6 мм и скорости прохождения слоя через магниты 0,5 м/с.
Полученный ККр представляет собой порошок белого цвета и имеет следующие характеристики:
- содержание влаги - 18,8%;
- степень замещения - 0,043 моль/моль.
Пример 2. Химически модифицированный кукурузный ККр
В качестве нативного крахмала используют кукурузный крахмал.
К 100 г кукурузного крахмала добавляют предварительно смешанные 9,5 см3 65%-го водного раствора ХГПТМАХ и 1,5 г NaOH (в виде раствора концентрацией 20%). Все тщательно перемешивают. Полученные после тщательного перемешивания образцы подвергают воздействию СВЧ-поля мощностью 1 кВт в течение 5 мин. Влажность обрабатываемого продукта составила 22%.
Обезвоживание ККр до равновесной влажности осуществляется в результате сушки при температуре +60°С.
Химически модифицированный кукурузный ККр просеивают через сито с отверстиями не более 1,0 мм и подвергают магнитной сепарации с использованием постоянных магнитов при толщине слоя продукта 8 мм и скорости прохождения слоя через магниты 0,1 м/с.
Полученный ККр представляет собой порошок белого цвета и имеет следующие характеристики:
- содержание влаги - 13,8%;
- степень замещения - 0,055 моль/моль.
Пример 3. Химически модифицированный пшеничный ККр
В качестве нативного крахмала используют пшеничный крахмал.
К 100 г пшеничного крахмала добавляют предварительно смешанные 6,5 см3 65%-го водного раствора ХГПТМАХ и 0,8 г NaOH (в виде раствора концентрацией 20%). Все тщательно перемешивают. Полученные после тщательного перемешивания образцы подвергают воздействию СВЧ-поля мощностью 100 кВт в течение 3 мин. Влажность обрабатываемого продукта составила 18%.
Обезвоживание ККр до равновесной влажности осуществляется в результате сушки при температуре +55°С.
Химически модифицированный пшеничный ККр просеивают через сито с отверстиями не более 1,0 мм и подвергают магнитной сепарации с использованием постоянных магнитов при толщине слоя продукта 8 мм и скорости прохождения слоя через магниты 0,1 м/с.
Полученный ККр представляет собой порошок белого цвета и имеет следующие характеристики:
- содержание влаги - 12,2%;
- степень замещения - 0,040 моль/моль.
В дальнейшем полученные химически модифицированные ККр подают на фасовку, упаковку.
После получения образцов в течение 1 месяца проводились исследования изменения степени замещения катионных крахмалов. Результаты измерений показали, что в течение 3 суток после получения наблюдается небольшой рост степени замещения, затем значения степени замещения стабилизируются и не изменяются в течение всего периода хранения.
Полученный катионный крахмал имеет удовлетворительную степень замещения для применения его в бумажной промышленности.
Claims (1)
- Способ производства химически модифицированного катионного крахмала, предусматривающий добавление к крахмалу химического реагента N-(3-хлоро-2-гидроксипропил)-N,N,N-триметиламмоний хлорида, корректировку реакционной среды, где в качестве активатора используют едкий натр NaOH, и проведение реакции этерификации, отличающийся тем, что в качестве крахмала используют нативный крахмал с влажностью 10-40%: картофельный, и/или кукурузный, и/или пшеничный, а реакцию этерификации проводят в СВЧ установке при мощности 1-500 кВт в течение 1-10 минут с последующим обезвоживанием до товарной влажности 13-20% в результате сушки при температуре не более +60°С, просеиванием через сито с отверстиями не более 1,0 мм и магнитной сепарацией с использованием постоянных магнитов при толщине слоя продукта 6-8 мм и скорости прохождения слоя через магниты не более 0,5 м/с с дальнейшей фасовкой и упаковкой.
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2779845C1 true RU2779845C1 (ru) | 2022-09-14 |
Family
ID=
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB1425624A (en) * | 1973-08-10 | 1976-02-18 | Scholten Honig Research Bfv | Chemical modification of starches |
| RU2430928C1 (ru) * | 2010-03-22 | 2011-10-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Орловский государственный технический университет" (ОрелГТУ) | Способ производства катионного кукурузного крахмала |
| KR101697636B1 (ko) * | 2015-09-22 | 2017-01-18 | 안동대학교 산학협력단 | 저온플라즈마를 이용한 다중카르복시산 에스테르화 전분 이종화합물의 제조방법 |
| CN107573428A (zh) * | 2017-09-25 | 2018-01-12 | 山东神州翔宇科技集团有限公司 | 一种复合变性淀粉及其清洁生产方法 |
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB1425624A (en) * | 1973-08-10 | 1976-02-18 | Scholten Honig Research Bfv | Chemical modification of starches |
| RU2430928C1 (ru) * | 2010-03-22 | 2011-10-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Орловский государственный технический университет" (ОрелГТУ) | Способ производства катионного кукурузного крахмала |
| KR101697636B1 (ko) * | 2015-09-22 | 2017-01-18 | 안동대학교 산학협력단 | 저온플라즈마를 이용한 다중카르복시산 에스테르화 전분 이종화합물의 제조방법 |
| CN107573428A (zh) * | 2017-09-25 | 2018-01-12 | 山东神州翔宇科技集团有限公司 | 一种复合变性淀粉及其清洁生产方法 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| КОПТЕЛОВА Е.К., ЛУКИН Н.Д., АХАЕВА С.М. Совершенствование сухого способа катионирования крахмала // Хранение и переработка сельхозсырья. - 2018. - N 2. - С. 48-52. В.В.ЛУКИН, А.В.КАНАРСКИЙ "Особенности катионизации α-D-глюкопиранозы крахмала в положении 3С-атома N-(3-хлоро-2-гидроксипропил)-N,N,N-триметиламмоний хлоридом", Синтез и технология полимеров - Пластические массы, N7-8, 2016, с.27-31. * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN104774272B (zh) | 一种制备低取代度醋酸酯淀粉浆料的方法 | |
| CN102633891B (zh) | 一种akd淀粉及其制备方法 | |
| CN1278282A (zh) | 用于从水分散体中除去颗粒的改性阳离子淀粉组合物 | |
| CN103724286B (zh) | 四羟甲基三聚氰胺与六羟甲基三聚氰胺联产方法及其系统 | |
| CN109487546A (zh) | 一种高效环保的阳离子纳纤化纤维素制备方法 | |
| CN110140863A (zh) | 一种水磨糯米粉的生产方法 | |
| CN101161685A (zh) | 一种同时醚化氧化半干法生产表面施胶淀粉的制备方法 | |
| RU2779845C1 (ru) | Способ производства химически модифицированного катионного крахмала | |
| CN101837984B (zh) | 一种五水偏硅酸钠的制备方法 | |
| CN101775161A (zh) | 用微波远红外方法生产变性淀粉的工艺 | |
| CN111875230A (zh) | 全生物质絮凝剂及其制备方法 | |
| CN113908788A (zh) | 一种基于电迁移效应的生物质预处理方法 | |
| CN102154867B (zh) | 一种生活用纸浆料的预处理方法 | |
| CN101475646B (zh) | 微波、红外加热制备醋酸酯淀粉的方法 | |
| CN107445190A (zh) | 一种以石膏为原料制备优质超细轻质碳酸钙的方法 | |
| CN101837985B (zh) | 一种九水偏硅酸钠的制备方法 | |
| CN108085740A (zh) | 一种无水硫酸钙晶须的制备方法 | |
| CN102491363B (zh) | 一种固体废物合成沸石分子筛的装置和方法 | |
| CN102690362B (zh) | 一种氧化交联-羧甲基复合变性淀粉的制备方法及氧化交联-羧甲基复合变性淀粉 | |
| CN101736585B (zh) | 一种淀粉基纺织浆料的制备方法 | |
| CN107254802B (zh) | 一种造纸用助留剂 | |
| CN111138270B (zh) | 一种高品质硬脂酸钙的制备方法 | |
| RU2669845C1 (ru) | Способ непрерывного гидролиза для получения микрокристаллической целлюлозы | |
| CN101408010B (zh) | 干法制造土纸的方法 | |
| CN101440132A (zh) | 技术级羧甲基纤维素钠的制备方法 |