陽離子淀粉（二）

時(shí)間：2023-03-24 05:14:27來源：food欄目：食品快速檢測(cè) 閱讀：

陽離子淀粉（二）

[db:作者] / 2023-02-10 00:00

(5)高取代陽離子淀粉

稱取干燥的玉米淀粉7.0g、GTA3.0g一起放入100mL燒杯中。攪拌均勻后放置于恒溫90℃水浴器中預(yù)熱0.5h，接著加入配制好的含0.06g NaOH的水溶液2.5mL，混合攪拌至無結(jié)塊，再在90℃恒溫水浴器中反應(yīng)160min即可。然后用80%的乙醇洗滌、抽濾至濾液不含氣離子。最后用無水乙醇洗滌、干燥后即得高取代陽離子淀粉。取樣、恒重，測(cè)得樣品中氮的質(zhì)量。

季銨型陽離子淀粉制備方法大體上可分為有機(jī)溶劑法、水溶劑法和干法三種。有機(jī)溶劑法需使用昂貴的有機(jī)溶劑，成本高，不安全。水溶劑法不適合制備高取代度產(chǎn)品，對(duì)環(huán)境有污染。與有機(jī)溶劑法和水溶劑法相比，干法具有工藝簡單、反應(yīng)效率高、環(huán)境污染小等很突出的優(yōu)點(diǎn)。

目前工業(yè)上應(yīng)用的主要是低取代度季銨烷基淀粉醚，而高取代度陽離子淀粉隨著取代度的提高，各方面的應(yīng)用性能如絮凝、脫色、染料上色率等都有不同程度的增強(qiáng)。

(1)在裝有攪拌器的簡狀玻璃瓶中，加入5.5g玉米淀粉(水質(zhì)量分?jǐn)?shù)12.0%)和適量的堿催化劑，室溫下攪拌10min；再加入GTA 4.5g，室溫下繼續(xù)攪拌1h后，在一定的溫度和時(shí)間反應(yīng)下，得到基本干的白色固體粗產(chǎn)品。粗產(chǎn)品用含乙酸的80%乙醇液浸泡后再經(jīng)過濾、洗滌、干燥得季銨鹽陽離子淀粉。

(2)采用乙醇為原料與a-淀粉酶及半纖維素混合于50～60℃和6bar下反應(yīng)得含陽離子淀粉的液體，再用膜分離得成品。陽離子淀粉的品種繁多，但帶環(huán)氧基的陽離子化試劑制備的季銨烷基淀粉醚工藝簡單、成本低，各方面的性能均優(yōu)于叔胺基淀粉醚。以玉米淀粉、環(huán)氧氯丙烷、三甲胺等為原料，制取高取代度季銨烷基淀粉醚陽離子淀粉，可以實(shí)現(xiàn)高效率、無污染、低成本。

(3)為提高反應(yīng)效率與速率，可以采用半干法制備環(huán)氧季銨型陽離子劑，即在反應(yīng)體系中加入堿催化劑和少量有機(jī)或無機(jī)溶劑，在60～90℃下反應(yīng)2h，轉(zhuǎn)化率為95%。

在燒杯中加入少量氫氧化鈉和適量水，待氫氧化鈉溶解后加入適量淀粉攪拌10min后，加入2mL異丙醇，接著加入GTA攪拌1h。然后在80℃下反應(yīng)2.5h，得到基本干的固體粗品，用少量乙酸的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為80%的乙醇水溶液浸泡、過濾、洗滌、干燥即得季銨型陽離子淀粉。

在反應(yīng)過程中加入少量有機(jī)溶劑可以降低水對(duì)淀粉的溶解力，防止淀粉的糊化；還可以維持淀粉的膨脹狀態(tài)，使陽離子化試劑和堿催化劑均勻地分布在反應(yīng)體系中，提高反應(yīng)效率，得到取代基分布均勻的產(chǎn)品。但加入過多，則會(huì)改變反應(yīng)環(huán)境，使取代度降低。

在堿催化劑存在下，淀粉與N-(2，3-環(huán)氧丙基)三甲基氯化銨的半干法反應(yīng)中。由于少量溶劑分子的介入，最大限度地抑制了副反應(yīng)，同時(shí)使反應(yīng)體系的微環(huán)境不同于液相反應(yīng)，造成了反應(yīng)部位的局部高濃度，提高了反應(yīng)效率。而加入少量有機(jī)溶劑，抑制了水對(duì)淀粉的糊化，同時(shí)使陽離子化試劑和堿催化劑均勻地分布在反應(yīng)體系中，得到取代基分布均勻的產(chǎn)品。該方法反應(yīng)效率高，操作簡便，污染小。當(dāng)?shù)矸酆虶TA用量分別為11：6(質(zhì)量比)時(shí)，最佳反應(yīng)條件為反應(yīng)時(shí)間2.5h，反應(yīng)溫度為90℃，介質(zhì)條件為氫氧化鈉用量為控制pH值在8～11，異丙醇：水為3：7(體積比)，取代度可達(dá)0.55以上，反應(yīng)效率大于94%。

(4)工業(yè)淀粉氣流烘干，使其含水量小于3%，稱取60g放于裝有高速攪拌機(jī)的混合器中。CHPTMAC 30g溶于12mL水中，11gKOH溶于水中。兩種溶液混合，以噴霧的方式加到混合器中，攪拌與淀粉混勻?；旌衔锓庞诠β蕿?00W的微波爐中加熱5～6min，取出用稀鹽酸中和至pH值為6.5～7.5，氣流風(fēng)干至含水量≤14%，即為產(chǎn)品。用90%的乙醇-水溶液洗滌，凱氏定氮法測(cè)定含氮量為2.2566%(未洗的含氮量2.3728%，原淀粉含氮量0.05%)，取代度0.3429，有效轉(zhuǎn)化率為95%。

干法制備陽離子淀粉加熱過程一般是介質(zhì)傳遞熱量。由于淀粉中蓄含大量不流動(dòng)的空氣，構(gòu)成一個(gè)保溫層，使熱量的傳遞速率很慢。即使在攪拌下進(jìn)行反應(yīng)，也需要1～1.5h。

微波介電加熱是電磁波作用于極性分子，使它發(fā)生振動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)，電磁波轉(zhuǎn)變成熱能。當(dāng)微波作用于反應(yīng)物時(shí)，可加劇分子運(yùn)動(dòng)，提高分子的能量降低反應(yīng)的活化能，提高反應(yīng)速度。微波介電加熱幾分鐘就可完成反應(yīng)。用微波干法制備陽離子淀粉，操作簡單，能耗低，試劑的轉(zhuǎn)化率高。

微波輻射會(huì)產(chǎn)生“局部熱點(diǎn)”，即體系的整體溫度仍然很低，但某一個(gè)區(qū)域溫度升得比較高。用單級(jí)微波爐介電加熱，會(huì)產(chǎn)生局部熱點(diǎn)，使反應(yīng)物內(nèi)部碳化，而外部達(dá)不到反應(yīng)溫度。使用時(shí)要注意調(diào)整物料在爐中的位置。采用多重微波爐可以解決“局部熱點(diǎn)”問題。微波介電加熱升溫速度快，易造成不同的溫度區(qū)域，使化學(xué)反應(yīng)不均勻。如果采用間歇式加熱，使熱量有擴(kuò)散、傳導(dǎo)的時(shí)間，就可以避免局部過熱，反應(yīng)均勻進(jìn)行。反應(yīng)溫度最好控制在85℃以下。用微波干法在于可制備取代度0.35～0.50的陽離子淀粉。

微波是一種頻率為300MHz～300GHz的電磁波，屬高頻波段的電磁波，具有電磁波的特性。微波的熱效與一般傳統(tǒng)加熱不同。后者是外部加熱，通過表面能量吸收再傳導(dǎo)到內(nèi)部；前者是微波進(jìn)入物體內(nèi)部，分子在電磁場作用下極化，并隨電磁場的變化而變化，產(chǎn)生高頻振蕩，這樣極化分子本身的熱運(yùn)動(dòng)和分子之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)會(huì)產(chǎn)生類似摩擦、碰撞、振動(dòng)、擠壓的作用，使所在體系能量增高并快速升溫。這種能量轉(zhuǎn)換方式是內(nèi)外同時(shí)進(jìn)行，瞬時(shí)可達(dá)到高溫，能量損失小，控制方便。

微波技術(shù)應(yīng)用在化學(xué)反應(yīng)、化學(xué)分析和環(huán)境保護(hù)等領(lǐng)域，表現(xiàn)出節(jié)省能源和時(shí)間、簡化操作程序、減少有機(jī)溶劑使用、提高反應(yīng)速率和顯著降低化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的廢物對(duì)環(huán)境造成的危害等優(yōu)點(diǎn)。采用微波干法合成，針對(duì)廢水處理固液分離過程中大部分微細(xì)顆粒和膠體都帶負(fù)電荷的特點(diǎn)，季銨鹽型陽離子絮凝劑不僅具有優(yōu)異的絮凝效果，而且還有一定的殺菌能力。

將陽離子醚化劑與NaOH水溶液按一定比例混合，迅速將混合物噴灑到淀粉上，充分混勻，放入微波爐反應(yīng)完成后，取出一部分粗產(chǎn)品以無水乙醇洗滌數(shù)次，抽濾，50℃下干燥，即得季銨鹽型陽離子淀粉。

在微波干法合成季銨鹽型陽離子淀粉絮凝劑的過程中需加入少量的水，淀粉的活化、季銨鹽的閉環(huán)以及陽離子絮凝劑的合成都需要游離狀態(tài)的OH-；同時(shí)，水還是微波介電加熱固相反應(yīng)的引發(fā)劑。一般固體物質(zhì)不能有效地吸收微波。只有極性小分子物質(zhì)像水、醇、酸等能夠有效地吸收微波能量，變電磁波為化學(xué)能，引發(fā)淀粉的陽離子化反應(yīng)。但是另一方面，水溶劑可引起兩個(gè)副反應(yīng)：一是陽離子醚化劑的水解反應(yīng)，水解后生成的副產(chǎn)物沒有陽離子化能力，從而使反應(yīng)體系中陽離子化試劑的有效濃度降低，產(chǎn)物的相對(duì)黏度下降；二是水溶劑使生成的陽離子淀粉分解，生成淀粉和陽離子醚化劑水解產(chǎn)物，同樣導(dǎo)致產(chǎn)物相對(duì)黏度下降。因此，水量過多不利于反應(yīng)的進(jìn)行。從以上實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，反應(yīng)體系水的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%左右取得較好的結(jié)果。

在陽離子醚化劑與淀粉摩爾比為0.35、NaOH與陽離子醚化劑摩爾比為1：2、微波功率為184W的條件下，輻射時(shí)間為5min。

輻射是采用輻射線(UV、EB、射線、可見光、熒光等)輻照于液相待加工物體，使其在高能量射線作用下瞬間發(fā)生分子激化，進(jìn)而發(fā)生快速化學(xué)反應(yīng)過程，得到性能優(yōu)異的產(chǎn)物。具有高速率、低能耗、幾乎無公害、適于連續(xù)化生產(chǎn)等特點(diǎn)。

輻射技術(shù)已發(fā)展為具有特色和應(yīng)用優(yōu)勢(shì)的新型“綠色”技術(shù)，被稱為“面向21世紀(jì)的綠色工業(yè)新技術(shù)”。

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