阳离子淀粉（二）

时间：2023-03-24 05:14:27来源：food栏目：食品快速检测阅读：

阳离子淀粉（二）

[db:作者] / 2023-02-10 00:00

(5)高取代阳离子淀粉

称取干燥的玉米淀粉7.0g、GTA3.0g一起放入100mL烧杯中。搅拌均匀后放置于恒温90℃水浴器中预热0.5h，接着加入配制好的含0.06g NaOH的水溶液2.5mL，混合搅拌至无结块，再在90℃恒温水浴器中反应160min即可。然后用80%的乙醇洗涤、抽滤至滤液不含氣离子。最后用无水乙醇洗涤、干燥后即得高取代阳离子淀粉。取样、恒重，测得样品中氮的质量。

季铵型阳离子淀粉制备方法大体上可分为有机溶剂法、水溶剂法和干法三种。有机溶剂法需使用昂贵的有机溶剂，成本高，不安全。水溶剂法不适合制备高取代度产品，对环境有污染。与有机溶剂法和水溶剂法相比，干法具有工艺简单、反应效率高、环境污染小等很突出的优点。

目前工业上应用的主要是低取代度季铵烷基淀粉醚，而高取代度阳离子淀粉随着取代度的提高，各方面的应用性能如絮凝、脱色、染料上色率等都有不同程度的增强。

(1)在装有搅拌器的简状玻璃瓶中，加入5.5g玉米淀粉(水质量分数12.0%)和适量的碱催化剂，室温下搅拌10min；再加入GTA 4.5g，室温下继续搅拌1h后，在一定的温度和时间反应下，得到基本干的白色固体粗产品。粗产品用含乙酸的80%乙醇液浸泡后再经过滤、洗涤、干燥得季铵盐阳离子淀粉。

(2)采用乙醇为原料与a-淀粉酶及半纤维素混合于50～60℃和6bar下反应得含阳离子淀粉的液体，再用膜分离得成品。阳离子淀粉的品种繁多，但带环氧基的阳离子化试剂制备的季铵烷基淀粉醚工艺简单、成本低，各方面的性能均优于叔胺基淀粉醚。以玉米淀粉、环氧氯丙烷、三甲胺等为原料，制取高取代度季铵烷基淀粉醚阳离子淀粉，可以实现高效率、无污染、低成本。

(3)为提高反应效率与速率，可以采用半干法制备环氧季铵型阳离子剂，即在反应体系中加入碱催化剂和少量有机或无机溶剂，在60～90℃下反应2h，转化率为95%。

在烧杯中加入少量氢氧化钠和适量水，待氢氧化钠溶解后加入适量淀粉搅拌10min后，加入2mL异丙醇，接着加入GTA搅拌1h。然后在80℃下反应2.5h，得到基本干的固体粗品，用少量乙酸的质量分数为80%的乙醇水溶液浸泡、过滤、洗涤、干燥即得季铵型阳离子淀粉。

在反应过程中加入少量有机溶剂可以降低水对淀粉的溶解力，防止淀粉的糊化；还可以维持淀粉的膨胀状态，使阳离子化试剂和碱催化剂均匀地分布在反应体系中，提高反应效率，得到取代基分布均匀的产品。但加入过多，则会改变反应环境，使取代度降低。

在碱催化剂存在下，淀粉与N-(2，3-环氧丙基)三甲基氯化铵的半干法反应中。由于少量溶剂分子的介入，最大限度地抑制了副反应，同时使反应体系的微环境不同于液相反应，造成了反应部位的局部高浓度，提高了反应效率。而加入少量有机溶剂，抑制了水对淀粉的糊化，同时使阳离子化试剂和碱催化剂均匀地分布在反应体系中，得到取代基分布均匀的产品。该方法反应效率高，操作简便，污染小。当淀粉和GTA用量分别为11：6(质量比)时，最佳反应条件为反应时间2.5h，反应温度为90℃，介质条件为氢氧化钠用量为控制pH值在8～11，异丙醇：水为3：7(体积比)，取代度可达0.55以上，反应效率大于94%。

(4)工业淀粉气流烘干，使其含水量小于3%，称取60g放于装有高速搅拌机的混合器中。CHPTMAC 30g溶于12mL水中，11gKOH溶于水中。两种溶液混合，以喷雾的方式加到混合器中，搅拌与淀粉混匀。混合物放于功率为800W的微波炉中加热5～6min，取出用稀盐酸中和至pH值为6.5～7.5，气流风干至含水量≤14%，即为产品。用90%的乙醇-水溶液洗涤，凯氏定氮法测定含氮量为2.2566%(未洗的含氮量2.3728%，原淀粉含氮量0.05%)，取代度0.3429，有效转化率为95%。

干法制备阳离子淀粉加热过程一般是介质传递热量。由于淀粉中蓄含大量不流动的空气，构成一个保温层，使热量的传递速率很慢。即使在搅拌下进行反应，也需要1～1.5h。

微波介电加热是电磁波作用于极性分子，使它发生振动和转动，电磁波转变成热能。当微波作用于反应物时，可加剧分子运动，提高分子的能量降低反应的活化能，提高反应速度。微波介电加热几分钟就可完成反应。用微波干法制备阳离子淀粉，操作简单，能耗低，试剂的转化率高。

微波辐射会产生“局部热点”，即体系的整体温度仍然很低，但某一个区域温度升得比较高。用单级微波炉介电加热，会产生局部热点，使反应物内部碳化，而外部达不到反应温度。使用时要注意调整物料在炉中的位置。采用多重微波炉可以解决“局部热点”问题。微波介电加热升温速度快，易造成不同的温度区域，使化学反应不均匀。如果采用间歇式加热，使热量有扩散、传导的时间，就可以避免局部过热，反应均匀进行。反应温度最好控制在85℃以下。用微波干法在于可制备取代度0.35～0.50的阳离子淀粉。

微波是一种频率为300MHz～300GHz的电磁波，属高频波段的电磁波，具有电磁波的特性。微波的热效与一般传统加热不同。后者是外部加热，通过表面能量吸收再传导到内部；前者是微波进入物体内部，分子在电磁场作用下极化，并随电磁场的变化而变化，产生高频振荡，这样极化分子本身的热运动和分子之间的相对运动会产生类似摩擦、碰撞、振动、挤压的作用，使所在体系能量增高并快速升温。这种能量转换方式是内外同时进行，瞬时可达到高温，能量损失小，控制方便。

微波技术应用在化学反应、化学分析和环境保护等领域，表现出节省能源和时间、简化操作程序、减少有机溶剂使用、提高反应速率和显著降低化学反应产生的废物对环境造成的危害等优点。采用微波干法合成，针对废水处理固液分离过程中大部分微细颗粒和胶体都带负电荷的特点，季铵盐型阳离子絮凝剂不仅具有优异的絮凝效果，而且还有一定的杀菌能力。

将阳离子醚化剂与NaOH水溶液按一定比例混合，迅速将混合物喷洒到淀粉上，充分混匀，放入微波炉反应完成后，取出一部分粗产品以无水乙醇洗涤数次，抽滤，50℃下干燥，即得季铵盐型阳离子淀粉。

在微波干法合成季铵盐型阳离子淀粉絮凝剂的过程中需加入少量的水，淀粉的活化、季铵盐的闭环以及阳离子絮凝剂的合成都需要游离状态的OH-；同时，水还是微波介电加热固相反应的引发剂。一般固体物质不能有效地吸收微波。只有极性小分子物质像水、醇、酸等能够有效地吸收微波能量，变电磁波为化学能，引发淀粉的阳离子化反应。但是另一方面，水溶剂可引起两个副反应：一是阳离子醚化剂的水解反应，水解后生成的副产物没有阳离子化能力，从而使反应体系中阳离子化试剂的有效浓度降低，产物的相对黏度下降；二是水溶剂使生成的阳离子淀粉分解，生成淀粉和阳离子醚化剂水解产物，同样导致产物相对黏度下降。因此，水量过多不利于反应的进行。从以上实验结果表明，反应体系水的质量分数为30%左右取得较好的结果。

在阳离子醚化剂与淀粉摩尔比为0.35、NaOH与阳离子醚化剂摩尔比为1：2、微波功率为184W的条件下，辐射时间为5min。

辐射是采用辐射线(UV、EB、射线、可见光、荧光等)辐照于液相待加工物体，使其在高能量射线作用下瞬间发生分子激化，进而发生快速化学反应过程，得到性能优异的产物。具有高速率、低能耗、几乎无公害、适于连续化生产等特点。

辐射技术已发展为具有特色和应用优势的新型“绿色”技术，被称为“面向21世纪的绿色工业新技术”。

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