一種陽離子接枝淀粉及其生產(chǎn)工藝和應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及精細(xì)化工技術(shù)領(lǐng)域，具體設(shè)及一種陽離子接枝淀粉及其生產(chǎn)工藝和應(yīng) 用。
【背景技術(shù)】
[0002] 淀粉是一種由葡萄糖組成的天然高分子碳水化合物，具有支鏈和直鏈兩種結(jié)構(gòu)， 廣泛存在于植物的種子、塊莖和果實(shí)中，是一種可再生、無毒、可生物降解、資源豐富的綠色 產(chǎn)品。淀粉分子上有很多徑基，在一定溫度條件下，能吸水膨脹而糊化，具有一定的粘性和 粘著力，在工業(yè)上有較廣泛的應(yīng)用。但天然原淀粉因其結(jié)構(gòu)和性能上的缺陷影響了它的廣 泛應(yīng)用。陽離子淀粉是變性淀粉的主要品種之一，與天然原淀粉相比，具有流動(dòng)性好、粘度 穩(wěn)定性高、滲透性強(qiáng)、粘結(jié)力好等優(yōu)點(diǎn)，在造紙行業(yè)中應(yīng)用廣泛。
[0003] 制備陽離子淀粉的方法主要有濕法和干法。濕法生產(chǎn)用水量大，污染環(huán)境，且工藝 生產(chǎn)流程長，干燥能耗高，生產(chǎn)成本高；干法存在淀粉與化學(xué)試劑混合不均勻，產(chǎn)品溶解性 差等問題，應(yīng)用上受到限制。
[0004] 中國發(fā)明專利公開了一種納米陽離子淀粉的制備方法，該制備方法W原淀粉為原 料，加入增塑劑，陽離子酸化劑，堿化劑，在高速攬拌機(jī)混合均勻，通過雙螺桿擠壓機(jī)(六節(jié) 筒體）擠壓，在第五節(jié)筒體處W液體噴槍注入交聯(lián)劑，物料擠壓后通過擠壓機(jī)出料口，再經(jīng) 干燥、冷卻、粉碎后得到納米陽離子淀粉。然而，該技術(shù)通過雙螺桿擠壓機(jī)取代現(xiàn)有的制備 方法，雖簡化了工藝，但是制得的納米陽離子淀粉的物理性能，如抗張強(qiáng)度、耐破度、耐折度 和環(huán)壓強(qiáng)度等達(dá)不到造紙紙張的指標(biāo)要求，不適合于造紙濕部添加使用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)中的上述不足，提供一種陽離子接枝淀粉及其生 產(chǎn)工藝和應(yīng)用，生產(chǎn)工藝簡單成熟，生產(chǎn)成本低，適合于規(guī)?；a(chǎn)，制得的陽離子接枝淀 粉適合在造紙濕部添加，有利于提高紙張的抗張強(qiáng)度、耐破度、耐折度和環(huán)壓強(qiáng)度等物理性 能。
[0006] 本發(fā)明的目的通過W下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)。
[0007] -種陽離子接枝淀粉，包括W下重量份的原料： 陽離子酸化劑 9-12份 液體燒堿 5-7份 淀粉 100份 硫酸鋼 6. 3-7. 5份 引發(fā)劑 4. 5-5. 5份 丙締酸甲醋 1.8-2. 3份。
[0008] 優(yōu)選地，一種陽離子接枝淀粉，包括W下重量份的原料： 陽離子酸化劑 10份 液體燒堿 6份 淀粉 100份 硫酸鋼 7份 引發(fā)劑 5份 丙締酸甲醋 2份。
[0009] 更優(yōu)選地，一種陽離子接枝淀粉，包括W下重量份的原料： 陽離子酸化劑 10. 5份 液體燒堿 6. 6份 淀粉 100份 硫酸鋼 7. 5份 引發(fā)劑 4. 5份 丙締酸甲醋 2. 3份。
[0010] 一種陽離子接枝淀粉的生產(chǎn)工藝，包括W下加工步驟： 步驟（1)、將陽離子酸化劑、液體燒堿混合均勻，噴入淀粉中，混合均勻，升溫到 60-80°C，保溫反應(yīng)0. 5-1.化，得陽離子取代度為0. 05-0. 06的陽離子淀粉； 陽離子酸化劑與液體燒堿反應(yīng)生成2-3環(huán)氯丙基S甲基氯化錠(簡稱ETA)，ETA與淀粉 反應(yīng)生成取代度為0. 05-0. 06的陽離子淀粉。在造紙濕部添加取代度為0. 05-0. 06的陽離 子淀粉，相比于其他陽離子淀粉，有更好的助留、助濾和提高紙的濕強(qiáng)度的效果，更好的成 紙質(zhì)量，減少淀粉用量，降低綜合成本。
[0011] 陽離子淀粉的陽離子取代度高于0. 06時(shí)，其吸水性能增強(qiáng)，制得的陽離子淀粉為 冷水可溶，降低糊化溫度，用于造紙濕部添加時(shí)降低其上漿性能，成膜性能大大降低；而陽 離子取代度低于0. 05時(shí)，其吸水性能降低，鏈節(jié)活動(dòng)能力降低，從而降低淀粉的粘度，用于 造紙濕部添加時(shí)，施膠效果較差，降低了紙張的耐破度和抗張強(qiáng)度。
[0012] 本發(fā)明制得的陽離子接枝淀粉在造紙濕部添加時(shí)，可絮凝紙漿、提升造紙濕部脫 水效率，有利于提升紙機(jī)速度且提高紙漿利用率，另外，陽離子接枝淀粉添加到紙張上增 加紙張強(qiáng)度，制得的紙張的抗張強(qiáng)度為3191-3500N/cm2,耐破度為254-275kpa，耐折度為 1895-2105雙折次，環(huán)壓強(qiáng)度為10. 4-12. 5kN/m，紙張的產(chǎn)品質(zhì)量高。
[0013] 步驟（2)、將步驟（1)制得的陽離子淀粉與水混合，攬拌均勻，陽離子淀粉與水的 質(zhì)量比為1:1-1. 2,然后依次加入硫酸鋼、稀酸中和至抑為7. 0-7. 5,再加入引發(fā)劑，然后 加入丙締酸甲醋，保持抑，反應(yīng)2-地，生成淀粉接枝共聚物，接枝反應(yīng)在水溶液中進(jìn)行，需 要在20-22波美中反應(yīng)，濃度高，設(shè)備無法運(yùn)轉(zhuǎn)，濃度低，降低反應(yīng)效率，增加生產(chǎn)成本。
[0014] 淀粉是由AGU(葡萄糖殘基）鏈接組成，為天然高分子物質(zhì)，M代表丙締酸甲醋單 體，在引發(fā)劑的作用下，陽離子淀粉與丙締酸甲醋發(fā)生放熱反應(yīng)，反應(yīng)產(chǎn)物為淀粉接枝共聚 物，結(jié)構(gòu)式為：
反應(yīng)中加入硫酸鋼可抑制淀粉顆粒的糊化，確保截止反應(yīng)充分。
[0015] 步驟（3)、中和至抑為5. 0-5. 5,旋流洗涂，脫水干燥，得到陽離子接枝淀粉。中和 為抑5. 0-5. 5,使淀粉洗涂干燥后，成品陽離子接枝淀粉為中性，便于后續(xù)使用，制得的陽離 子接枝淀粉穩(wěn)定性高，有利于延長保質(zhì)期。
[0016] 所述淀粉為木馨淀粉、玉米淀粉、馬鈴馨淀粉、大麥淀粉或大米淀粉。優(yōu)選地， 所述淀粉為木馨淀粉，木馨淀粉的灰分為0. 18-0. 2%，水分為12-14%，酸度為12-18,細(xì)度 為99-99. 8%，白度為85-88%，粘度為600-800BU。所述馬鈴馨淀粉的灰分為15-18%，水 分為18%，酸度為15-18,細(xì)度為99%，白度為88-90%，粘度為1300-1800BU，憐酸含量為 600-800mg/l，即 0. 06-0. 08〇/〇。
[0017] 將本發(fā)明制得的陽離子接枝淀粉制成淀粉漿液，調(diào)整其質(zhì)量濃度為6%，在恒溫恒 濕條件下制備成膜，測得漿膜的斷裂強(qiáng)度為17. 5-19. 2N/mm2,斷裂伸長率為4. 2-5. 5%，漿膜 吸濕率為22. 7-25. 4%。漿膜的斷裂強(qiáng)度、斷裂伸長率高，吸濕性能好，有利于提升紙張的抗 拉強(qiáng)度、耐折度等物理指標(biāo)，成品紙張品質(zhì)高。
[0018] 其中，所述步驟（1)中，陽離子酸化劑為3-氯-2徑丙基=甲基胺氯化物，所述液 體燒堿的濃度為30-35%。
[0019] 液體燒堿的濃度高于35%時(shí)，淀粉漿會(huì)糊化，液體燒堿的濃度低于30%時(shí)，調(diào)到同 樣PH值加入的堿量大，淀粉漿濃度過低，降低反應(yīng)效率。
[0020] 其中，所述步驟（2 )中，稀酸為濃度10%的鹽酸。
[002。 鹽酸的加入是為了將步驟（1)多余的堿去除，若鹽酸的濃度高于10%時(shí)，中和時(shí)需 要用到的鹽酸的用量小，滴加精度難W控制，當(dāng)鹽酸滴入過量，溶液體系呈中性或弱酸性， 則會(huì)導(dǎo)致陽離子酸化劑與淀粉的反應(yīng)失敗，影響陽離子淀粉的吸水性能和粘度性能；當(dāng)鹽 酸濃度低于10%時(shí)，中和時(shí)需要用到的鹽酸的用量大，淀粉漿濃度過低，降低反應(yīng)效率。
[0022] 其中，所述步驟（2)中，引發(fā)劑為硝酸姉和硝酸高姉錠中的一種或兩種。
[0023] 其中，所述步驟（3)制得的陽離子接枝淀粉的粘度為1500-2200BU，糊化溫度為 55-66 °C，粒徑為 10-30ym，白度為 92. 3-95. 1。
[0024] 一種陽離子接枝淀粉的生產(chǎn)工藝制得的陽離子接枝淀粉應(yīng)用于造紙濕部添加，生 產(chǎn)1噸紙張的陽離子接枝淀粉添加量為5-化g，制得的紙張的抗張強(qiáng)度為3191-3500N/cm2， 耐破度為254-275kpa，耐折度為1895-2105雙折次，環(huán)壓強(qiáng)度為10. 4-12. 5kN/m。
[00巧]本發(fā)明的有益效果： (1)傳統(tǒng)的陽離子淀粉通常用酸化劑進(jìn)行酸化反應(yīng)，制得交聯(lián)淀粉，而本發(fā)明采用陽離 子酸化劑進(jìn)行接枝反應(yīng)，制得帶有正電荷的陽離子接枝淀粉，其在濕部添加時(shí)會(huì)跟淀粉中 纖維的負(fù)電荷相互作用，把纖維鏈接起來，起到助留助濾的作用，確保造紙濕部添加的紙漿 在網(wǎng)帶上的流動(dòng)性好，抄紙速度快，烘干后陽離子接枝淀粉糊化后起到紙張粘接作用，增強(qiáng) 紙張物理強(qiáng)度。
[0026] (2)本發(fā)明的陽離子酸化反應(yīng)為干法反應(yīng)，藥劑即陽離子酸化劑、液體燒堿與淀 粉直接混合，在半干狀態(tài)下反應(yīng)，反應(yīng)效率高，藥劑殘留在后續(xù)反應(yīng)完成后一同旋流洗涂去 除，不需要大量的水或有機(jī)溶劑，減少生產(chǎn)用水，降低生產(chǎn)成本。
[0027] (3)本發(fā)明制得的陽離子接枝淀粉應(yīng)用于造紙濕部添加，生產(chǎn)1噸紙張的陽離子 接枝淀粉添加量僅為5-6kg，淀粉的添加量少，原料成本低，有利于普通推廣應(yīng)用，此外，制 得的紙張的抗張強(qiáng)度為3191-3500N/cm2,耐破度為254-275kpa，耐折度為1895-2105雙折 次，環(huán)壓強(qiáng)度為10. 4-12. 5kN/m，紙張的產(chǎn)品質(zhì)量高。
[0028] (4)將本發(fā)明制得的陽離子接枝淀粉制成淀粉漿液，調(diào)整其質(zhì)量濃度為6%，在恒溫 恒濕條件下制備成膜，測得漿膜的斷裂強(qiáng)度為17. 5-19. 2N/mm2,斷裂伸長率為4. 2-5. 5%，漿 膜吸濕率為22. 7-25. 4%。漿膜的斷裂強(qiáng)度、斷裂伸長率高，吸濕性能好，有利于提升紙張的 抗拉強(qiáng)度、耐折度等物理指標(biāo)，陽離子接枝淀粉白度高達(dá)92. 3-95. 1，制得的成品紙張品質(zhì) 局。
【具體實(shí)施方式】
[0029] 結(jié)合W下實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步描述。
[0030] 實(shí)施例1 本實(shí)施例的一種陽離子接枝淀粉，包括W下重量份的原料： 陽離子酸化劑 9份 液體燒堿 5份 淀粉 100份 硫酸鋼 6. 3份 引發(fā)劑 4. 5份 丙締酸甲醋 1.8份。
[0031] 本實(shí)施例的一種陽離子接枝淀粉的生產(chǎn)工藝，包括W下加工步驟： 步驟（1)、將陽離子酸化劑、液體燒堿混合均勻，噴入淀粉中，混合均勻，升溫到 60-80°C，保溫反應(yīng)0. 5-1.化，得陽離子取代度為0. 05-0. 06的陽離子淀粉；陽離子酸化劑 為3-氯-2徑丙基=甲基胺氯化物，所述液體燒堿的濃度為30-35% ; 步驟（2)、將步驟（1)制得的陽離子淀粉與水混合，攬拌均勻，陽離子淀粉與水的質(zhì)量 比為1:1-1. 2,然后依次加入硫酸鋼、稀酸中和至抑為7. 0-7. 5,再加入引發(fā)劑，然后加入 丙締酸甲醋，保持抑，反應(yīng)2-地，生成淀粉接枝共聚物；稀酸為濃度為10%鹽酸，引發(fā)劑為硝 酸姉和硝酸高姉錠中的一種或兩種； 步驟（3)、中和至抑為5. 0-5. 5,旋流洗涂，脫水干燥，得到陽離子接枝淀粉，制得的 陽離子接枝淀粉的粘度為1500-2200BU，糊化溫