一種納米兩性淀粉的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種納米兩性淀粉的制備方法。該方法以原淀粉為原料，加入增塑劑，陽離子醚化劑，堿化劑，在高速攪拌機混合均勻，通過雙螺桿擠壓機（八節(jié)筒體）擠壓，在第五節(jié)筒體處以液體噴槍注入陰離子化試劑和堿化劑，在第七節(jié)筒體處以液體噴槍注入交聯(lián)劑，物料擠壓后通過擠壓機出料口，再經(jīng)干燥、冷卻、粉碎后得到納米兩性淀粉。本發(fā)明制得的納米兩性淀粉，陽離子取代度為0.01-0.15，陰離子取代度0.01-0.1，平均粒徑100-400nm；在國內(nèi)首次用雙螺桿擠壓機生產(chǎn)了納米兩性淀粉，且為納米兩性淀粉在造紙工業(yè)中的應(yīng)用提供了基礎(chǔ)。
【專利說明】一種納米兩性淀粉的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于淀粉變性【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種納米兩性淀粉的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]淀粉是一種重要的可再生和可生物降解的天然資源，淀粉分子上有很多羥基，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。隨著造紙工業(yè)的發(fā)展，對淀粉產(chǎn)品的功能性要求更高，如要求有更好的成膜性，粘度穩(wěn)定性高、滲透性強、粘結(jié)力好、抗老化、耐剪切等性能。兩性淀粉是變性淀粉的主要品種之一，系指在淀粉鏈中既接有陽離子基團，又接上陰離子基團的變性淀粉，具有陽離子淀粉、陰離子淀粉、天然高分子聚合物等多重結(jié)構(gòu)和特性，使用性能比單一變性淀粉衍生物更為優(yōu)越。
[0003]將陰、陽離子引入淀粉骨架上制備兩性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，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)品粒徑大，溶解性差等問題，應(yīng)用上受到限制。一般制備納米淀粉的途徑主要有:物理法，如機械球磨、氣流粉碎、超聲波處理等；化學(xué)法，如酸、堿降解；生物法，如生物酶水解，以及反相微乳液法。由于淀粉固有的分子結(jié)構(gòu)特性，采用以上方法制備納米淀粉都存在一定的局限性。
[0004]采用雙螺桿擠壓技術(shù)生產(chǎn)納米兩性淀粉，工藝簡單，無污水產(chǎn)生，反應(yīng)效率高，生產(chǎn)成本低。擠壓法生產(chǎn)納米兩性淀粉，在對淀粉進行陽離子化、陰離子化的同時，還可使得淀粉糊化，并通過擠壓后期添加交聯(lián)劑，對析出的淀粉分子進行干交聯(lián)，從而形成穩(wěn)定的納米級兩性淀粉。
[0005]本發(fā)明為實現(xiàn)采用雙螺桿擠壓技術(shù)大規(guī)模生產(chǎn)納米兩性淀粉奠定了很好的基礎(chǔ)。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是提供一種納米兩性淀粉的擠壓制備方法。
[0007]本發(fā)明的技術(shù)方案為:一種納米兩性淀粉的制備方法，以原淀粉為原料，加入增塑齊IJ，陽離子醚化劑，堿化劑，在高速攪拌機混合均勻，通過雙螺桿擠壓機(八節(jié)筒體)擠壓，在第五節(jié)筒體處以液體噴槍注入陰離子化試劑和堿化劑，在第七節(jié)筒體處以液體噴槍注入交聯(lián)劑，物料擠壓后通過擠壓機出料口，再經(jīng)干燥、冷卻、粉碎后得到納米兩性淀粉；I)制備混合料
按比例稱取原淀粉，加入塑化劑，陽離子醚化劑，堿化劑，加蒸餾水調(diào)節(jié)體系水分含量至20-25%，在高速攪拌機混合均勻；
2)雙螺桿擠壓機擠壓條件控制
螺桿轉(zhuǎn)速250-350rpm，擠壓機八段溫度分別設(shè)定為50-60 V，70-90 V，100-110 V，110-120 V，120-125 V，125-130 V，130-135 V，130-135 °C，擠壓機出料口的模頭孔徑為5-10mm ；
3)擠壓將混合料放入雙螺桿擠壓機，經(jīng)由喂料器進入擠壓機內(nèi)擠壓，開始進行淀粉的陽離子化，并在擠壓機第五節(jié)筒體出以液體噴槍注入陰離子化試劑和氫氧化鈉，進行淀粉的陰離子化，最后在擠壓機的第七節(jié)筒體處以液體噴槍注入交聯(lián)劑，使已塑化的兩性淀粉分子的碳六原子通過交聯(lián)劑的官能團互相連接，進行干交聯(lián)，形成穩(wěn)定的納米兩性淀粉微粒；
4)干燥、粉碎
將通過雙螺桿擠壓機擠壓反應(yīng)后所得產(chǎn)物放入烘箱，烘箱溫度30-45°C，對擠出物進行烘干，在室溫下冷卻，用粉碎機粉碎，得納米兩性淀粉產(chǎn)品。
[0008]本發(fā)明所用的原淀粉為木薯淀粉、玉米淀粉中的一種。
[0009]所述的增塑劑是甲酰胺、水、甘油、尿素中的一種或兩種混合物，用量為原淀粉絕干量的5%-10%。
[0010]所述的陽離子醚化劑為2，3-環(huán)氧丙基三甲基氯化銨(固體)，用量為原淀粉絕干量的 1%-20%。
[0011]所述的堿化劑為氫氧化鈉、氫氧化鉀中的一種或兩種混合物，用量為原淀粉絕干量的 0.5%-10%O
[0012]所述的陰尚子化試劑為氯乙酸鈉或氯乙酸，用量為原淀粉絕干量的1%_20%。噴入的陰離子化試劑和氫氧化鈉的溶液濃度為40%_60%，其中氫氧化鈉用量為原淀粉絕干量的1%-10%。
[0013]所述的交聯(lián)劑為環(huán)氧氯丙烷、乙二醛、甲醛中的一種或兩種混合物，用量為原淀粉絕干量的0.1%-5%。
.[0014]本發(fā)明的有益效果:本發(fā)明采用雙螺桿擠壓技術(shù)生產(chǎn)納米兩性淀粉，原料易得，生產(chǎn)工藝簡單，生產(chǎn)成本降低，綠色無污染，可生物降解。擠壓法生產(chǎn)的納米兩性淀粉，淀粉的糊化同時發(fā)生，且為納米級粒子，產(chǎn)品溶于水，改善了濕法生產(chǎn)出的產(chǎn)品使用前要經(jīng)過蒸煮后才能溶解在水中的缺點。
[0015]本發(fā)明制得的產(chǎn)品納米兩性淀粉，陽離子取代度為0.01-0.15，陰離子取代度
0.01-0.1，平均粒徑100-400nm，在國內(nèi)首次用雙螺桿擠壓機生產(chǎn)了納米兩性淀粉，且為納米兩性淀粉在造紙工業(yè)中的應(yīng)用提供了基礎(chǔ)。
【具體實施方式】
[0016]實施例1:
稱取IOkg玉米淀粉，加入甘油600g，2，3-環(huán)氧丙基三甲基氯化銨600g，氫氧化鈉200g，加蒸餾水調(diào)節(jié)體系水分含量至20%，在高速攪拌機混合均勻。調(diào)節(jié)雙螺桿擠壓機螺桿轉(zhuǎn)速 280rpm，擠壓機八段溫度分別設(shè)定為 60 V ,80°C, 100°C，110°C，120°C，125°C，130°C，135°C，擠壓機出料口的模頭孔徑為5_。將混合料經(jīng)由喂料器進入雙螺桿擠壓機內(nèi)擠壓，并在擠壓機第五節(jié)筒體以液體噴槍注入60%的氯乙酸鈉和氫氧化鈉的混合液(其中氯乙酸鈉400g，氫氧化鈉100g)，第七節(jié)筒體處以液體噴槍注入交聯(lián)劑乙二醛80g。將擠出物放入烘箱，烘箱溫度35°C，對擠出物進行烘干，在室溫下冷卻，用粉碎機粉碎，得納米兩性淀粉產(chǎn)品O
[0017]實施例2:
稱取IOkg玉米淀粉，加入甘油700g，2，3-環(huán)氧丙基三甲基氯化銨800g，氫氧化鈉220g,加蒸餾水調(diào)節(jié)體系水分含量至25%，在高速攪拌機混合均勻。調(diào)節(jié)雙螺桿擠壓機螺桿轉(zhuǎn)速 300rpm，擠壓機八段溫度分別設(shè)定為 60 V，85°C，105°C，115°C，120°C，125°C，130°C，135°C，擠壓機出料口的模頭孔徑為5_。將混合料經(jīng)由喂料器進入雙螺桿擠壓機內(nèi)擠壓，并在擠壓機第五節(jié)筒體以液體噴槍注入60%的氯乙酸鈉和氫氧化鈉的混合液(其中氯乙酸鈉600g，氫氧化鈉120g)，第七節(jié)筒體處以液體噴槍注入交聯(lián)劑乙二醛100g。將擠出物放入烘箱，烘箱溫度35°C，對擠出物進行烘干，在室溫下冷卻，用粉碎機粉碎，得納米兩性淀粉產(chǎn)品O
[0018] 實施例3:
稱取15kg玉米淀粉,加入甘油1200g, 2，3-環(huán)氧丙基二甲基氯化銨900g,氫氧化鈉375g，加蒸餾水調(diào)節(jié)體系水分含量至25%，在高速攪拌機混合均勻。調(diào)節(jié)雙螺桿擠壓機螺桿轉(zhuǎn)速 300rpm，擠壓機八段溫度分別設(shè)定為 50 V，75°C，105°C，115°C，120°C，125°C，130°C，135°C，擠壓機出料口的模頭孔徑為6_。將混合料經(jīng)由喂料器進入雙螺桿擠壓機內(nèi)擠壓，并在擠壓機第五 節(jié)筒體以液體噴槍注入60%的氯乙酸鈉和氫氧化鈉的混合液(其中氯乙酸鈉750g，氫氧化鈉195g)，第七節(jié)筒體處以液體噴槍注入交聯(lián)劑乙二醛135g。將擠出物放入烘箱，烘箱溫度35°C，對擠出物進行烘干，在室溫下冷卻，用粉碎機粉碎，得納米兩性淀粉產(chǎn)品O
【權(quán)利要求】
1.一種納米兩性淀粉的制備方法，其特征在于:以原淀粉為原料，加入增塑劑，陽離子醚化劑，堿化劑，在高速攪拌機混合均勻，通過雙螺桿擠壓機(八節(jié)筒體)擠壓，在第五節(jié)筒體處以液體噴槍注入陰離子化試劑和堿化劑，在第七節(jié)筒體處以液體噴槍注入交聯(lián)劑，物料擠壓后通過擠壓機出料口，再經(jīng)干燥、冷卻、粉碎后得到納米兩性淀粉；主要步驟為: 1)制備混合料:按比例稱取原淀粉，加入塑化劑，陽離子醚化劑，堿化劑，加蒸餾水調(diào)節(jié)體系水分含量至20-25%，在高速攪拌機混合均勻； 2)雙螺桿擠壓機擠壓條件控制:螺桿轉(zhuǎn)速250-350rpm，擠壓機八段溫度分別設(shè)定為50-60 °C, 70-90°C, IOO-1lO0C, 110-120 °C, 120-125°C, 125-130 °C, 130-135 °C, 130-135 °C,擠壓機出料口的模頭孔徑為5-10mm ； 3)擠壓:將混合料放入雙螺桿擠壓機，經(jīng)由喂料器進入擠壓機內(nèi)擠壓，開始進行淀粉的陽離子化，并在擠壓機第五節(jié)筒體出以液體噴槍注入陰離子化試劑和氫氧化鈉，進行淀粉的陰離子化，最后在擠壓機的第七節(jié)筒體處以液體噴槍注入交聯(lián)劑，使已塑化的兩性淀粉分子的碳六原子通過交聯(lián)劑的官能團互相連接，進行干交聯(lián)，形成穩(wěn)定的納米兩性淀粉微粒; 4)干燥、粉碎:將通過雙螺桿擠壓機擠壓反應(yīng)后所得產(chǎn)物放入烘箱，烘箱溫度30-45 0C，對擠出物進行烘干，在室溫下冷卻，用粉碎機粉碎，得納米兩性淀粉產(chǎn)品。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的納米兩性淀粉的制備方法，其特征在于:所述的原淀粉為木薯淀粉、玉米淀粉中的一種。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的納米兩性淀粉的制備方法，其特征在于:所述的增塑劑是甲酰胺、水、甘油、尿素中的一種或兩種混合物，用量為原淀粉絕干量的5%-10%。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的納米兩性淀粉的制備方法，其特征在于:所述的陽離子醚化劑為2，3-環(huán)氧丙基三 甲基氯化銨(固體)，用量為原淀粉絕干量的1%_20%。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的納米兩性淀粉的制備方法，其特征在于:所述的堿化劑為氫氧化鈉、氫氧化鉀中的一種或兩種混合物，用量為原淀粉絕干量的0.5%-10%。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的納米兩性淀粉的制備方法，其特征在于:所述的陰離子化試劑為氯乙酸鈉或氯乙酸，用量為原淀粉絕干量的1%_20%，噴入的陰離子化試劑和氫氧化鈉的溶液濃度為40%-60%，其中氫氧化鈉用量為原淀粉絕干量的1%-10%。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的納米兩性淀粉的制備方法，其特征在于:所述的交聯(lián)劑為環(huán)氧氯丙烷、乙二醛、甲醛中的一種或兩種，用量為原淀粉絕干量的0.1%-5%。
【文檔編號】C08B31/00GK103435708SQ201310398145
【公開日】2013年12月11日 申請日期:2013年9月5日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月5日
【發(fā)明者】陳啟杰, 張雄飛 申請人:長沙理工大學(xué)