一种阳离子淀粉、制备方法及其应用技术

本发明专利技术涉及一种阳离子淀粉的制备方法。本发明专利技术针对传统湿法制备阳离子淀粉工艺存在的不足，提供了一种阳离子表面施胶淀粉的制备方法，来改善传统湿法制备阳离子淀粉过程中取代度DS不高、反应效率过低和水含量过多的问题。本发明专利技术对湿法制备阳离子淀粉的进行合理设计和优化，使得制备的阳离子淀粉的取代度DS可以达到0.063，反应效率达到81.8％，产品收率高，制得纸张的电荷需求量小于40mep/l。本发明专利技术方法操作简单，方便，同时用水量较少，减少了三废的排除，产品性能稳定。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种阳离子淀粉的制备方法，尤其涉及一种造纸用表面施胶剂阳离子淀粉及其应用。
技术介绍
纸张性能的好坏主要由纸张的抗张强度、撕裂强度和耐破强度等几方面来衡量，一般工业用纸和生活用纸均要求纸张有一定的强度。阳离子淀粉能改善纸的耐破度，抗张力，耐折度，抗掉毛性等诸多物理性质，提高松香，矾士的施胶效果；同时纸浆中阳离子淀粉比率凝集固定了填料和细纤维，使纸的滤水性能良好，提高了纸的抄写速度，也大大有利于减少水质的污染；另外，阳离子淀粉对能制造出理想纸质的中性胶料中使用的烷基烯酮二聚物的乳化和固定也有效果，因此，阳离子淀粉在造纸领域应用相当广泛。目前，阳离子淀粉的制备方法均是通过带正电的醚化剂对不带电性的原淀粉进行醚化使原淀粉带上正电性，从而转化成阳离子淀粉。阳离子淀粉按其氨基化合物的结构可分为：叔胺型、季胺型、伯胺型、仲胺型和亚胺型等阳离子淀粉，其中季胺型阳离子淀粉在中性、碱性等PH值范围下均能稳定存在，因此，季胺型阳离子淀粉应用最为广泛。阳离子淀粉的制备技术大致可以分为三类：湿法制备阳离子淀粉、半干湿法制备阳离子淀粉和干法制备阳离子淀粉。湿法又分为水溶剂法和有机溶剂法。水溶剂法是将淀粉与水配成淀粉乳液，然后加入醚化剂和碱，在低于糊化温度下反应，反应结束后酸中和，再经离心，洗涤，干燥得成品，此法优点是产品杂质少，质量稳定，是目前国内使用最普遍的生产方法。有机溶剂法是淀粉用大量的水溶性有机溶剂(如乙醇、甲醇、异丙醇等)，使淀粉分散在其中形成浆状，并与阳离子化试剂反应制得阳离子淀粉，由于此法使用了大量的有机溶剂，存在着生产成本高、安全性差、需要大型反应器等缺点。半干法虽然反应效率较高(达到90％
以上)，但反应不均匀，接枝只能发生在淀粉的表面，影响使用效果。干法具有工艺简单、反应效率高、环境污染小、成本低等优点，同时干法制备的阳离子淀粉取代度较高，但干法制备阳离子淀粉的过程中容易发生淀粉糊化、结块或小颗粒等技术问题和外观问题。由于在通常情况下DS＜0.1的阳离子淀粉就可以满足造纸表面施胶剂的要求，因此，本专利技术采用湿法制备阳离子淀粉。而目前湿法制备阳离子淀粉的取代度DS较低，反应效率较小，CN102796202A公开了一种采用湿法制备的复合阳离子淀粉，其通过在阳离子淀粉中添加改性剂，将改性过的阳离子淀粉添加到纸浆中改善纸张的强度，抗撕裂强度等性能。CN101509211A公开了一种阳离子涂布淀粉，该专利其阳离子的取代度为0.02-0.35。湿法制备阳离子淀粉的反应原理主要是在碱催化剂下3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵与NaOH发生反应生成2,3-环氧丙基三甲基氯化铵中间体，反应方程式如下。CHPTMA+NaOH→GTA+NaCl随后，淀粉与GTA反应生成阳离子淀粉，反应方程式如下。Starch-OH+GTA→[Starch-O-CH2CHOHCH2N(CH3)3]+Cl-+NaCl同时，在碱催化剂的作用下，GTA和阳离子淀粉会在水环境下会发生分解反应，反应方程式如下。GTA+NaOH→[CH2OHCHOHCH2N(CH3)3]+Cl-+NaCl因此，在制备阳离子淀粉的过程中同时存在着两种竞聚反应，影响着阳离子淀粉的反应效率。
技术实现思路
针对现有技术中阳离子淀粉取代度低和反应速率慢、水含量过多等问题，本专利技术提供一种改进的湿法制备阳离子淀粉及其制备方法，提高取代度DS和反应效率。为实现上述目的本专利技术的第一个方面是提供一种阳离子淀粉的制备方法，由所述方法制得纸张的电荷需求量小于40mep/l，该方法包括如下步骤：步骤1：将淀粉与水混合得到淀粉水溶液，加入NaCl到淀粉水溶液中；步骤2：在40-60℃下将3-氯-2-烃丙基三甲基氯化铵加入到步骤1中的溶液中，反应10分钟，加入氢氧化钠，继续反应3.5-8小时；步骤3：反应结束前30分钟加入柠檬酸，调节pH值到5-8，过滤；步骤4：将步骤3滤饼在烘箱70-105℃下干燥至少1小时，至滤饼含水量在14％以下，粉碎，过100目筛，即得本专利技术阳离子淀粉。本专利技术的第二个方面是提供一种上述方法制备的阳离子淀粉，按重量份数计，包括：其中，上述原淀粉选自玉米淀粉、木薯淀粉、马铃薯淀粉中的至少一种。其中，上述过滤优选为抽滤，使滤饼压实，并尽可能减少水分残留。其中，上述醚化剂为3-氯-2-烃丙基三甲基氯化铵，占原淀粉的质量百分比为5-14％。其中，上述催化剂为氢氧化钠。其中，上述醚化剂和氢氧化纳的摩尔比为1:1.8-2.3；其中，上述pH调节剂为柠檬酸和/或盐酸，与氢氧化纳的摩尔比为0:4-0.8:1。其中，上述原淀粉和水的质量比为0.10-0.35:1。其中，上述抗膨胀剂为硫酸钠和/或氢氧化钠，其用量为5-28g。其中，上述阳离子淀粉应用于纸张施胶剂，制得纸张的电荷需求量小于40mep/l。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：本专利技术针对传统湿法制备阳离子淀粉工艺存在的不足，提供了一种阳离子表面施胶淀粉的制备方法，来改善传统湿法制备阳离子淀粉过程中取代度DS不高、反应效率过低和水含量过多的问题。本专利技术对湿法制备阳离子淀粉的进行合理设计和优化，使得制备的阳离子淀粉的取代度DS可以达到0.063，反应效率
达到81.8％，产品收率高。本专利技术方法操作简单，方便，同时用水量较少，减少了三废的排除，产品性能稳定。本专利技术方法制备的阳离子淀粉其白度高，糊化温度低，糊液流动性好，稳定性高，无泡沫，无异味；分散性能好，与各种纤维粘着性能优良，能与其他助剂相容。当用于表面施胶时，可部分或全部取代PVA等，降低纸张成本。对纤维的化学亲和力强，淀粉胶液渗透较慢，有利于提高纸张表面强度。具体实施方式以下结合具体实施例对本专利技术的技术方案作进一步的阐述。实施例一将500ml的可拆卸式反应器置于55℃的水浴锅中，加入100g玉米淀粉与666.67g水混合后并加入13gNaCl形成均匀的淀粉悬浮液，启动电动搅拌器，调节转速200r/min。当确定反应温度达到55℃后，加入5g醚化剂，间隔10min后加入2gNaOH，持续反应7.5h，加入3.5g柠檬酸调节PH值，继续反应直至8h，停止反应将反应液通过真空泵抽滤，多次水洗直至PH在5-8范围内，并将阳离子淀粉放在105℃的烘箱中干燥1-2h，随后将干燥后的阳离子淀粉放在粉碎机中粉碎，过100目筛，即得阳离子淀粉。实施例二将500ml的可拆卸式反应器置于40℃的水浴锅中，加入100g玉米淀粉与500g水混合后并加入5gNaCl形成均匀的淀粉悬浮液，启动电动搅拌器，调节转速300r/min。当确定反应温度达到40℃后，加入8g醚化剂，间隔10min后加入3.5gNaOH，持续反应3.5h，加入6g柠檬酸调节PH值，继续反应直至4h，停止反应将反应液通过真空泵抽滤，多次水洗直至PH在5-8范围内，并将阳离子淀粉放在80℃的烘箱中干燥1-2h，随后将干燥后的阳离子淀粉放在粉碎机中粉碎，过100目筛，即得阳离子淀粉。实施例三将500ml的可拆卸式反应器置于55℃的水浴锅中，加入100g玉米淀粉与333.3g水混合后并加入25gNaCl形成均匀的淀粉悬浮液，启动电动搅拌器，调节转速300r/min。当确定反应温度达到55℃后，加入本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种阳离子淀粉，其特征在于，按重量份数计，包括：

【技术特征摘要】
1.一种阳离子淀粉，其特征在于，按重量份数计，包括：2.一种制备权利要求1所述阳离子淀粉的方法，其特征在于，由所述方法制得纸张的电荷需求量小于40mep/l，该方法包括如下步骤：步骤1：将原淀粉与水混合得到淀粉水溶液，将抗膨胀剂加入到淀粉水溶液中；步骤2：在40-60℃下将醚化剂加入到步骤1中的溶液中，反应10分钟，加入催化剂，继续反应3.5-8小时；步骤3：反应结束前30分钟加入pH调节剂，调节pH值到5-8，过滤；步骤4：将步骤3滤饼在烘箱70-105℃下干燥至少1小时，至滤饼含水量在14％以下，粉碎，过100目筛，即得权利要求1所述的阳离子淀粉。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述原淀粉选自玉米淀粉、木薯淀粉、马铃薯...

【专利技术属性】
技术研发人员：施晓旦，杨欢，吴登杰，金霞朝，
申请(专利权)人：上海东升新材料有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31