一种采用干法制备阳离子淀粉的方法技术

本发明专利技术公开了一种采用干法制备阳离子淀粉的方法，该方法充分利用了挤压膨化机的高温、高压、强剪切力的作用，将淀粉、氢氧化钠、2,3‑环氧丙基三甲基氯化铵、分散剂与适量蒸馏水混合均匀，随后在挤压膨化机中进行反应，再经恒温恒湿反应，干燥，洗涤，烘干，粉碎等步骤，最后添加助流剂，即制得最终产品。相较于现有技术，所述方法具有更高的反应效率，所制得的阳离子淀粉产品具有更高的接枝率；此外，所述方法工艺流程短、反应条件温和、操作简单，生产成本低，因此，具有优越的应用前景与潜在的市场价值。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种淀粉改性工艺，具体涉及一种采用干法制备阳离子淀粉的方法。
技术介绍
淀粉是自然界产量仅次于纤维素的多糖高聚物，对淀粉的改性处理主要是利用淀粉分子中羟基的化学活性，使其与化学试剂发生反应，得到多种有着自身性能和用途的改性淀粉。玉米淀粉(corn starch)又称玉蜀黍淀粉，俗名六谷粉，是一种常见的天然高分子，其为白色微带淡黄色的粉末；通常是通过将玉米用0.3％亚硫酸浸渍后，经破碎、过筛、沉淀、干燥、磨细等工序而制成的；因其产量丰富，低廉易得，十分适于作为淀粉改性的基体材料。阳离子淀粉是一种重要的造纸助剂，由于阳离子淀粉对纤维具有极强的吸附力，且不可逆吸附可达很高的比例，阳离子淀粉在纸浆中与纤维和其它添加剂之间起着离子桥的作用；阳离子淀粉还可以优先吸附于细小纤维上，从而提高细小纤维和填料的留着率，并且通过长纤维包围细小纤维，形成内聚网络，提高纸张的强度。但是，目前的湿法制备的阳离子淀粉，往往存在取代度低的缺陷，使其在造纸行业中的应用受到一定的限制。挤压膨化工艺是通过水分、热能、机械剪切和压力等综合作用对高分子材料、食品等原料进行膨化的一种技术，是高温、高压的短时加工过程。当含有一定水分的原料通过供料器进入套筒后，随着螺杆的转动而向前输送，当物料逐渐受到机头的阻力作用时而被压缩，通过压延效应和吸收机筒外部所加热量，以及物料在螺杆与套筒间的强烈搅拌、混合、剪切等作用而产生的高温、高压，使物料在挤压腔内成熔融状态，淀粉组织中排列紧密的胶束被破坏，淀粉由生淀粉(β一淀粉)转化为熟淀粉(α一淀粉)，即形成了淀粉糊化，此时物料中的水分仍处于液体状态。当熔融态物料进入成型模头前的高温高压区时，呈完全的流体状态，最后随模孔被挤出到达常温常压状态。因此，如何恰当地利用挤压膨化机的高温、高压、强剪切力对淀粉亚颗粒“膜”、“带或壁”的破坏作用和对淀粉晶体位错作用，并基于机械力化学理论，提高反应试剂与淀粉分子混合度，增加和内移的淀粉化学活性点，克服现有技术中干法生产改性淀粉存在化学试剂和淀粉混合不均匀、产品溶解相差等技术难题，以研发出一种高效可行的制备阳离子淀粉的方法，是本领域研发人员当前的研究重点之一。
技术实现思路
为了克服现有的制备工艺存在的诸多缺陷，为了获得一种高效可行的制备阳离子淀粉的方法，专利技术人拟合理利用挤压膨化机的高温、高压、强剪切力，研发出一种采用干法制备阳离子淀粉的方法。因此，本专利技术的第一方面，提供了一种采用干法制备阳离子淀粉的方法，其包括以下步骤：(1)将100重量份的淀粉、1.5～3重量份的氢氧化钠、12～20重量份的2,3-环氧丙基三甲基氯化铵、1～2重量份的分散剂及蒸馏水一并加入至高速混合机中，并向该高速混合机中补充蒸馏水，充分混合，得到均匀的混合体系；(2)接着，将所述混合体系输送进入挤压膨化机，挤出后获得挤压产物；(3)将所述挤压产物继续进行恒温恒湿反应，并干燥，得粗产品；(4)用乙醇溶液洗涤所述粗产品，然后烘干，粉碎，最后添加1～2重量份的助流剂，制得所述阳离子淀粉。其中，2,3-环氧丙基三甲基氯化铵的化学式为C6H14ClNO，其作为一种固体活性阳离子醚化剂，能够和多种基质如淀粉、纤维素、瓜尔胶、聚丙烯酰胺等反应生产多种产品，被广泛应用于造纸工业、日用化学工业、石油工业和水处理工业等领域。优选地，上述方法的步骤(1)中所述的淀粉为玉米淀粉。优选地，在上述方法的步骤(1)中，补充蒸馏水后，蒸馏水的总质量占所述混合体系总质量的20～25％。优选地，上述方法的步骤(2)为：接着，将所述混合体系输送进入挤压膨化机；并且，在所述挤压膨化机的套筒温度为50～80℃且转速为100～200r/min的条件下进行挤压反应，接着通过直径0.01m的孔被挤出，挤出后获得挤压产物。优选地，上述方法的步骤(3)为：将所述挤压产物在40℃下，进行恒温恒湿反应8h；然后在40℃下干燥，得粗产品。优选地，上述方法的步骤(4)为：用70％的乙醇溶液将所述粗产品洗涤2～3次，然后置于烘箱中于45℃烘干，粉碎，最后添加1～2重量份的助流剂，制得所述阳离子淀粉。进一步优选地，在上述采用干法制备阳离子淀粉的方法中，所述淀粉过100目筛的过筛率＞90％。进一步优选地，在上述采用干法制备阳离子淀粉的方法中，所述分散剂选自以下任一种或多种的组合：氯化钠、氯化钾、硫酸钠和硫酸氢钠。进一步优选地，在上述采用干法制备阳离子淀粉的方法中，所述助流剂选自以下任一种或多种的组合：膨润土、胶体硅和聚乙烯亚胺。本专利技术所提供的采用干法制备阳离子淀粉的方法，充分利用了挤压膨化机的高温、高压、强剪切力的作用，相较于现有技术，所述方法具有更高的反应效率，所制得的阳离子淀粉产品具有更高的接枝率；此外，所述制备方法工艺流程短、反应条件温和、操作简单，具有较低的生产成本，因此，具有优越的应用前景与潜在的市场价值。具体实施方式下面结合具体实施方式对本专利技术作进一步阐述，但本专利技术并不限于以下实施方式。本专利技术的第一方面，提供了一种采用干法制备阳离子淀粉的方法，其包括以下步骤：(1)将100重量份的淀粉、1.5～3重量份的氢氧化钠、12～20重量份的2,3-环氧丙基三甲基氯化铵、1～2重量份的分散剂及蒸馏水一并加入至高速混合机中，并向该高速混合机中补充蒸馏水，充分混合，得到均匀的混合体系；(2)接着，将所述混合体系输送进入挤压膨化机，挤出后获得挤压产物；(3)将所述挤压产物继续进行恒温恒湿反应，并干燥，得粗产品；(4)用乙醇溶液洗涤所述粗产品，然后烘干，粉碎，最后添加1～2重量份的助流剂，制得所述阳离子淀粉。在一个优选实施例中，上述方法的步骤(1)中所述的淀粉为玉米淀粉。在一个优选实施例中，在上述方法的步骤(1)中，补充蒸馏水后，蒸馏水的总质量占所述混合体系总质量的20～25％。在一个优选实施例中，上述方法的步骤(2)为：接着，将所述混合体系输送进入挤压膨化机；并且，在所述挤压膨化机的套筒温度为50～80℃且转速为100～200r/min的条件下进行挤压反应，接着通过直径0.01m的孔被挤出，挤出后获得挤压产物。在一个优选实施例中，上述方法的步骤(3)为：将所述挤压产物在40℃下，进行恒温恒湿反应8h；然后在40℃下干燥，得粗产品。在一个优选实施例中，上述方法的步骤(4)为：用70％的乙醇溶液将所述粗产品洗涤2～3次，然后置于烘箱中于45℃烘干，粉碎，最后添加1～2重量份的助流剂，制得所述阳离子淀粉。在一个进一步优选的实施例中，所述淀粉过100目筛的过筛率＞90％。在一个进一步优选的实施例中，所述分散剂选自以下任一种或多种的组合：氯化钠、氯化钾、硫酸钠和硫酸氢钠。在一个进一步优选的实施例中，所述助流剂选自以下任一种或多种的组合：膨润土、胶体硅和聚乙烯亚胺。下述阳离子淀粉的制备方法中的步骤如无特别说明均为常规方法，所述原料如无特别说明均能从公开商业途径获得。实施例1(1)将100重量份的玉米淀粉、2重量份的氢氧化钠、15重量份的2,3-环氧丙基三甲基氯化铵、2重量份的氯化钠及适量蒸馏水一并加入至高速混合机中，并向该高速混合机中补充蒸馏水，充分混合，得到均匀的混合体系；其中，补充蒸馏水后，蒸馏水的总质量占所述混合体系总质量的20～25％；(2)接着，将所本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种采用干法制备阳离子淀粉的方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将100重量份的淀粉、1.5～3重量份的氢氧化钠、12～20重量份的2,3‑环氧丙基三甲基氯化铵、1～2重量份的分散剂及蒸馏水一并加入至高速混合机中，并向该高速混合机中补充蒸馏水，充分混合，得到均匀的混合体系；(2)接着，将所述混合体系输送进入挤压膨化机，挤出后获得挤压产物；(3)将所述挤压产物继续进行恒温恒湿反应，并干燥，得粗产品；(4)用乙醇溶液洗涤所述粗产品，然后烘干，粉碎，最后添加1～2重量份的助流剂，制得所述阳离子淀粉。

【技术特征摘要】
1.一种采用干法制备阳离子淀粉的方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将100重量份的淀粉、1.5～3重量份的氢氧化钠、12～20重量份的2,3-环氧丙基三甲基氯化铵、1～2重量份的分散剂及蒸馏水一并加入至高速混合机中，并向该高速混合机中补充蒸馏水，充分混合，得到均匀的混合体系；(2)接着，将所述混合体系输送进入挤压膨化机，挤出后获得挤压产物；(3)将所述挤压产物继续进行恒温恒湿反应，并干燥，得粗产品；(4)用乙醇溶液洗涤所述粗产品，然后烘干，粉碎，最后添加1～2重量份的助流剂，制得所述阳离子淀粉。2.根据权利要求1所述的采用干法制备阳离子淀粉的方法，其特征在于，步骤(1)中所述的淀粉为玉米淀粉。3.根据权利要求1所述的采用干法制备阳离子淀粉的方法，其特征在于，在步骤(1)中，补充蒸馏水后，蒸馏水的总质量占所述混合体系总质量的20～25％。4.根据权利要求1所述的采用干法制备阳离子淀粉的方法，其特征在于，步骤(2)为：接着，将所述混合体系输送进入挤压膨化机；并且，在所述挤压膨化机的套筒温...

【专利技术属性】
技术研发人员：施晓旦，沈安成，尹东华，
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