阳离子淀粉和接枝共聚淀粉

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1、阳离子淀粉和接枝共聚淀粉阳离子淀粉是在淀粉大分子中引入叔氨基或季铵基，赋予淀粉阳离子特性。阳离子淀粉的正电荷使它与带负电荷的基质结合，并能将带负电荷的其他添加剂吸附并保持在基质上。棉纤维在加工过程中，与金属机件摩擦时，常带有负电荷，对疏水性合成纤维来说更为严重，如果用带有正电荷的阳离子淀粉上浆时，不仅会有良好的粘合力，而且还具有消除静电的效果。阳离子淀粉主要有两种：一种是淀粉叔氨基烷基醚；另一种是季铵淀粉醚。阳离子淀粉的品种繁多，但用带环氧基的阳离子化试剂制备的季铵烷基淀粉醚，由于其工艺简单、成本低，各方

2、面的性能均优于其他淀粉醚，发展更为迅速。国外季铵型阳离子淀粉的应用已十分普遍，造纸工业用量约以每年7%~10%的比例增长。国内开发研究已取得可喜成绩，正处在推广应用阶段，但品种系列还太少，应用方面也不广。叔胺烷基淀粉醚的制备（1）醚化剂2-氯乙基二乙基胺的制备化学反应式：这是一个SN2双分子亲核取代反应，在碱性条件下，由于诱导效应有利于反应的进行，且反应适宜于极性溶剂，故在反应时加入适当比例的水。反应产物与未参加反应的反应物以及水形成两相四元物系。上层液组分是二乙胺、水及少量的产物，下层液组分是1，2

3、—二氯乙烷。反应产物采用水蒸气精馏进行分离较萃取精馏经济方便。（2）淀粉醚化化学反应式通常将淀粉与水搅拌成浆状，加入抗凝胶剂（如NaCl、Na2SO4等）、催化剂（NaOH、Ca(OH)2等），在40~50℃，反应12~48h，淀粉叔胺醚以游离碱的形式存在。中和后，游离胺转变为阳离子叔胺盐。这也是一个双分子取代反应：反应主要发生在C6伯醇羟基上。在碱的作用下，淀粉大分子活化，伯醇羟基变为负氧离子亲核基团。季铵烷基淀粉醚制备原理（1）阳离子试剂的制备以三甲胺、环氧氯丙烷为原料制备阳离子试剂（GTA），化学反

4、应式如下。（2）阳离子淀粉的制备环氧季铵型阳离子剂，由于其环氧基具有较强的反应活性，用其制备阳离子淀粉比较容易。可以用湿法、干法和半干法制备工艺。①湿法制备工艺一般制备方法：在NaOH存在下，添加硫酸钠或食盐以防止淀粉膨胀。制备取代度0.01~0.07的产品，氢氧化钠与试剂的物质的量比为2.6：1，试剂与淀粉的物质的量比是0.05~1.35的淀粉悬浮液在50℃左右反应4h，转化率约为84%。较低的温度需要较长的反应时间，试剂与淀粉的浓度均影响转化率。该工艺的优点是反应条件温和，生产设备简单。反应转化率高。

5、但其弊端不少，如：阳离子必须经纯化处理，否则残余的环氧氯丙烷与副产物会影响产品的质量；必须增加化学试剂，如催化剂、抗胶凝剂等；后处理困难。包括用大量的水洗涤和干燥；三废问题突出。后处理时会有大量的未反应试剂与淀粉流失，造成严重的废水污染问题。②干法制备工艺一般将淀粉与试剂掺和，60℃左右干燥至基本无水（<1%），于120~150℃反应约1h得产品。反应转化率40%~50%。干法工艺的特点有：阳离子剂不必精制，多余的环氧氯丙烷与副产物沸点比较低，一般在干燥过程中可除去；不必添加催化剂与抗胶凝剂，降低成本；不

6、必进行后处理；工艺简单，基本无三废；反应周期短。缺点是反应转化率低，因是固相反应，对设备工艺要求比较高，同时反应温度高，淀粉在较高温度下容易解聚。③半干法制备工艺为提高反应效率与速率，用半干法制备环氧季铵型阳离子淀粉，即在反应体系中加入碱催化剂和少量有机或无机溶剂，在70℃~80℃反应1~2h，该反应转化率为75%~100%。该法反应如下：该工艺的优点很突出，除干法反应的②~⑤优点外，且反应条件缓和，转化率高。甚至利用本法将阳离子剂、碱催化剂与淀粉按一定比例掺和后，即使室温放置一段时间后，也能取得反应转化

7、率相当高的产品。因此，这是一种很值得推广使用的方法。④就地阳离子化指的是用户购买醚化剂和原淀粉就地进行现场制备和应用的方法，这在造纸行业比较普遍。这种方法的工艺特点是：价格低于商品阳离子淀粉。制备过程不必加抗凝胶剂（因不用担心淀粉凝胶化），产品也无需经过水洗、干燥、包装等处理，可一步到位，将合成好的淀粉胶液进行直接应用；用户可根据自身的需要选择原淀粉的种类和调节取代度的大小。但缺点是工艺不容易控制好，容易造成产品质量和应用效果的波动。阳离子淀粉的性质与应用淀粉与阳离子试剂的反应主要发生在单元葡萄糖基的2、

8、3、6位的活性羟基上。衡量阳离子淀粉变性程度的主要指标是取代度（DS），即指每摩尔葡萄糖基上活性羟基被取代的摩尔数。由此可见，理论上最大取代度为3。造纸上所用取代度一般为0.01~0.07。尽管取代度不高，但原淀粉的性质已大大改变，主要表现下述原因：（1）胶化温度大大下降；（2）Zeta电位升为阳性；（3）随着取代度的提高，糊液的粘度、透明度和稳定性明显提高。阳离子淀粉的应用（1）在造纸上的应用优点：①能改善纸的耐破度、拉伸力