1、淀粉精細(xì)化學(xué)品陽離子淀粉的制備及應(yīng)用 班級：10級高分子材料與工程2班姓名：李震巽學(xué)號：P102014365日期：2012-10-22陽離子淀粉的制備及應(yīng)用摘要: 本文主要講述的是陽離子淀粉在造紙行業(yè)，紡織業(yè)，石油化工，以及食品行業(yè)的廣大前景，具體的制備方式以及在各領(lǐng)域的應(yīng)用，介紹了醚化型陽離子淀粉在制備及應(yīng)用方面的研究，指出了干化法在未來工業(yè)生產(chǎn)的前景。 關(guān)鍵詞: 陽離子淀粉，前景，干法制備，應(yīng)用引言 陽離子淀粉是在淀粉大分子中引入叔氨基或季銨基，賦予淀粉陽離子特性。陽離子淀粉的正電荷使它與帶負(fù)電荷的基質(zhì)結(jié)合，并能將帶負(fù)電荷的其他添加劑吸附并保持在基質(zhì)上。陽離子淀粉的有許多種類，工業(yè)上主要有

2、兩種：一種是淀粉叔氨基烷基醚；另一種是季銨淀粉醚。由于陽粒子淀粉分子上的正電荷基團(tuán)對帶負(fù)電荷的物質(zhì)(如纖維素等)有很強(qiáng)的吸附能力，因此，它在造紙工業(yè)，紡織工業(yè)以及絮凝劑的制備上都有很好的應(yīng)用。陽離子淀粉還可作為高鹽濃度的鉆探液體的液體損失控制劑。 國外陽離子淀粉使用已經(jīng)很廣泛，在19561977年，美國造紙工業(yè)陽離子淀粉的使用量從19萬t增加到6萬t。目前，有6070的造紙廠使用陽離子淀粉。我國尚處于研究試生產(chǎn)階段，但由于其性能優(yōu)良，價(jià)格比其他化學(xué)品低，預(yù)計(jì)在造紙等工業(yè)中將會(huì)有很大的市場1。陽離子淀粉的開發(fā)前景造紙工業(yè)最早使用陽離子淀粉為施膠劑。纖維帶有陰電荷，陽離子淀粉膠料因陽陰電荷的關(guān)系，

3、幾乎能完全被吸附，用量少，效果好。廢水中含淀粉量少，減少環(huán)境污染。紙張的成形性及經(jīng)過抄紙網(wǎng)的排水性好，并能改造耐破、伸長、耐折和抗粘輥性等。工業(yè)上生產(chǎn)的陽離子淀粉為低取代度產(chǎn)品，含氮量為0.2% 0.4%。陽離子淀粉是紡織物的好上漿劑，適用于棉花纖維和合成纖維，效果都好。優(yōu)點(diǎn)是粘度穩(wěn)定，成膜性好，與人工合成上漿劑（如聚乙烯醇）的共溶性也好。陽離子淀粉適于冷水漿棉衣服用。將衣服浸于冷的陽離子淀粉乳中，幾乎能完全被吸著，再用熨斗熱燙，糊化，漿衣服的效果好。陽離子淀粉為好絮凝劑，能使帶有陰電荷的無機(jī)和有機(jī)物料的顆粒凝聚，沉淀，如泥土、煤粉、炭、鐵礦砂、纖維等。用于處理工業(yè)廢水，有利于分離除去懸浮的泥

4、土，也用于礦砂精制，使一定的礦砂沉降分離。氨乙基淀粉為氧化鐵的好沉降劑。淀粉顆粒具有離子交換劑需要的若干性質(zhì)，如不溶于水、密度大，裝成交換柱具有較好多孔性，水溶液易于流通。離子交換能力隨醚化度而增高。醚化到高程度會(huì)降低淀粉的水不溶性，甚至變?yōu)槔渌芙?。通過交聯(lián)能解決這種影響，交聯(lián)醚化淀粉為好陰離子交換劑。此外，陽離子淀粉應(yīng)用于石油井，在高濃度鈣和鹽的條件下，控制水分流失的效果好。陽離子淀粉的分類陽離子淀粉以淀粉的陽離子化反應(yīng)方式來劃分，可分為醚化型，酯化型以及接枝共聚型，其中以醚化型居多。醚化型陽離子淀粉的制備工藝較為成熟工業(yè)上主要采用濕法為主，但是干法的制備工藝也日趨成熟。目前酯化型陽離子淀

5、粉主要通過有機(jī)溶劑法制備，而接枝共聚陽離子淀粉通常是通過水溶劑法制備的。本文主要研究的是醚化型陽離子淀粉。陽離子淀粉的制備方法實(shí)驗(yàn)原理 醚化型陽離子淀粉是淀粉分子中的羥基與陽離子醚化劑通過醚化反應(yīng)結(jié)合而成，比酯化型及接枝共聚型陽離子淀粉早，研究更深入。用二乙基胺乙基氯為醚化劑制備叔胺陽離子淀粉的反應(yīng)式為2： 淀粉-OH+C1-CH2CH2N(CH2Cn3)2-淀粉-0-CH2CH2NH(CH2CH3)3+Cl- (1)用3一氯2一羥基丙基三甲胺氯化物為醚化劑制備季胺陽離子淀粉的反應(yīng)式為： 淀粉-OH+C1-CH2CHOHCH2N(CH3)3+C1-淀粉-O-CH2CHOHCH2N(CH3)3

6、C1- (2)在堿性催化劑的作用下，陽離子化反應(yīng)的同時(shí)伴隨著醚化劑和陽離子淀粉的水解等副反應(yīng),如方程式（3）（4）。 OH OH | | CH3-CH-CH2-N+(CH3)3CL-+H2O CH2-CH-CH2-N+(CH3)3CL- (3) OH | R1 H2OStarch-0-CH2-CH-CH2-N-R2+H2OCH2-CH-CH2-N+(CH3)3CL- (4) R3具本植6等在研究干法制備高取代度陽離子淀粉時(shí)，考察到各個(gè)因素對產(chǎn)物取代度的影響，順序?yàn)椋簹溲趸c用量反應(yīng)時(shí)間反應(yīng)溫度。由此可見，堿量對取代度的影響是顯著的。體系中，堿催化劑的存在，使淀粉的羥基轉(zhuǎn)變成負(fù)氧離子，大大增強(qiáng)了

7、淀粉羥基的親核能力，從而顯著提高了反應(yīng)速率和反應(yīng)效率。但過量的堿會(huì)加速陽離子化試劑中環(huán)氧基和季胺基的分解3。干法制備陽離子淀粉 干法制備是把堿與醚化劑溶解在少量的水中，噴灑在干淀粉上，然后混合均勻，并保持合適溫度的制備方法。干法制備陽離子淀粉的工藝優(yōu)點(diǎn)非常突出：陽離子化試劑不必精制，多余的環(huán)氧氯丙烷與副產(chǎn)物的沸點(diǎn)較低，在干燥過程過程中即可除去。Ali Ayoub7提出了另外一種制備方法，首先，他將增塑劑甘油和淀粉在175下加熱約45min，使淀粉具有可塑性之后加入氫氧化鈉溶液以及醚化劑進(jìn)行反應(yīng)，含增塑劑的的淀粉在低溫和的水量的情況下易熔化，在熔化狀態(tài)下進(jìn)行反應(yīng)，速度非?？欤瑑H僅需要幾分鐘，而且

8、取代度反應(yīng)率較高，其吸水能力隨取代度的增加而增加，通過黏度測定表明其分子量略微的下降。干法制備陽離子淀粉的工藝簡單，反應(yīng)條件溫和，轉(zhuǎn)化率高。所以此法值得在工業(yè)上推廣。濕法制備陽離子淀粉 濕法制備陽離子淀粉在工業(yè)上比較常用，可以分為兩類：水溶劑法和有機(jī)溶劑法。 水溶劑法通常采用糊化的方式，即將淀粉、水、堿及陽離子淀粉化學(xué)試劑一起加熱糊化，或先將淀粉加水糊化，然后再與堿及醚化試劑進(jìn)行反應(yīng)5。一般是在堿催化劑及膨化抑制劑存在下，40%-46%的淀粉水懸浮液與陽離子化試劑在40-45反應(yīng)，經(jīng)中和、洗滌、干燥，即得到純凈的陽離子淀粉，但是其反應(yīng)時(shí)間長，反應(yīng)效率低，需要加入抗膠凝劑，后處理比較困難，“三廢

9、”問題比較嚴(yán)重，所以，這種工藝有待改進(jìn)。李夢琴等4在催化劑存在的狀況下，以3一氯一2一羥丙基三乙基氯化胺為醚化劑，采用無鹽濕法新工藝合成了HMI型陽離子淀粉。正交試驗(yàn)結(jié)果表明，在溫度為95、醚化劑用量為W=8 、介質(zhì)pH值為11-115的條件下，合成的陽離子淀粉取代度較高。有機(jī)溶劑法具有工藝簡單、操作方便、產(chǎn)品分離容易、不必加入抗膠凝劑等優(yōu)點(diǎn)，但需要大量昂貴的有機(jī)試劑和龐大的反應(yīng)設(shè)備，成本高，生產(chǎn)也很不安全。目前以乙醇為溶劑已有較成熟的生產(chǎn)工藝。陽離子淀粉的主要應(yīng)用陽離子淀粉具有可降解性、好的水分散性、低凝沉性、抑菌性等特點(diǎn)，特別是其帶有正電荷對帶有負(fù)電荷的纖維、懸浮液中的固體顆粒具有很好的親

10、和力，在許多工業(yè)領(lǐng)域得到應(yīng)用。如在紡織行業(yè)中作為纖維上漿劑，石油行業(yè)中作為油田降濾失劑、破乳劑、黏土和頁巖的水合抑制劑，造紙行業(yè)的涂布粘合劑、表面施膠劑、濕部添加劑等。近年來，隨著陽離子淀粉的使用越來越普遍，對其研究的的程度也在不斷深入。Zhang Shufen8在無鹽染色中使用了陽離子淀粉，她發(fā)現(xiàn)經(jīng)過陽離子預(yù)處理過的纖維具有良好的著色效果，可以用陽離子淀粉代替大量的鹽，減少了對環(huán)境的污染；Zhu Zhifeng9在研究含羧基除草劑的緩釋劑研究中發(fā)現(xiàn)交聯(lián)陽離子淀粉具有優(yōu)異的表現(xiàn)，陽離子淀粉有望應(yīng)用于除草劑的緩釋劑中；并且，由甜菜堿與淀粉合成的酯化純天然、可降解的陽離子淀粉將提高陽離子淀粉在化妝

11、品、醫(yī)藥、食品等方面的應(yīng)用10。結(jié)論（1） 淀粉其資源豐富，價(jià)格低廉，獨(dú)特的結(jié)構(gòu)和反應(yīng)性使其通過化學(xué)反應(yīng)得到許多性能更好的，石油化工產(chǎn)品。陽離子淀粉是淀粉及其衍生物中應(yīng)用比較廣泛的一種。其普遍的被應(yīng)用于造紙、紡織、石油化工、農(nóng)業(yè)、污水處理、日用化學(xué)品等諸多領(lǐng)域。（2）醚化型陽離子淀粉可以通過干法和濕法兩種方法制得，其中濕法在工業(yè)中運(yùn)用的很廣泛，干法的制備方法正在不斷的研發(fā)中，相信不久的將來工業(yè)上將使用干法來制備陽離子淀粉。參考文獻(xiàn)1王愷，王振偉.陽離子淀粉制備研究現(xiàn)狀及應(yīng)用J.2李廣芬，陸玉新.陽離子淀粉制備工藝的研究J.精細(xì)化工，2000，13(3):167-169. 3許茂乾，蔣成君.季銨

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