專利名稱：微波干法制取高取代度的陽離子淀粉的制作方法
技術領域：
本發明涉及陽離子淀粉的制備方法，特別是一種制備高取代度陽離子淀粉的方法。
陽離子淀粉是帶有叔胺鹽或季銨鹽基團的一類改性淀粉。取代度(DS)在0.1以上的陽離子淀粉稱高取代度的陽離子淀粉。它具有陽離子表面活性劑的性質和一般淀粉的性質，在水中具有較好的溶解性。它可以代替聚乙烯亞胺和聚丙烯酰胺陽離子型高聚物，用作石油破乳劑，油田鉆井液降濾失劑，水溶性涂料的穩定劑，油墨、清漆的增稠劑，多種污水的絮凝劑及污泥脫水劑。陽離子淀粉的合成有漿法、糊法和干法。陽離子淀粉的取代度越高，遇水糊化的溫度越低，漿法只能制取低取代度的陽離子淀粉。如US4464528(1984)。糊法可以制取糊狀高取代度的陽離子淀粉，這種陽離子淀粉糊適合現場制作、即時使用，難于運輸和保存。此法的專利有US3835114(1974),US3875054(1975)。一般干法制取低取代度陽離子淀粉的內容在許多專利上有報道，而制取粉狀高取代度的陽離子淀粉比較困難。如US4421566(1983),US4281109(1981)。這種方法加熱時間長，一般需要1.5～2.5小時，能耗高。1991年中國專利CN1050024披露了微波干法制備陽離子淀粉的消息。這種方法的優點是加熱時間短，能耗低。所制淀粉DS0.02～0.075屬于低、中取代度陽離子淀粉，其加熱設備是特制微波爐。
本發明的目的是提供一種制備取代度為DS0.10～0.50陽離子淀粉的方法，本方法在少量水存在下，采用普通微波爐介電加熱，縮短反應時間，降低能耗，提高陽離子化試劑的轉化率，降低生產成本。
本發明的高取代度的陽離子淀粉的制備方法包括將帶有反應活性基團的陽離子化試劑季銨鹽或叔胺鹽的水溶液與堿催化劑的水溶液混合，以噴霧的方式噴到已烘干的工業淀粉中，充分攪拌混合后進入微波爐，采用間歇式加熱5-10分鐘，將物料的溫度控制在40-90℃，取出后，用5～10％的稀鹽酸將物料的PH調至PH=6.5-7.5，再經烘干，即得產品。
其中，所述帶有反應活性基團的陽離子化試劑季銨鹽或叔胺鹽的通式是RNR1R2R3X，這里R可以是ClCH2-CH(OH)-CH2-、CICH2-CH(CH3)-、
CICH2-CH=CH-CH2-；
R1可以是H或C1～4的烷基；R2、R3可以是C1～4的烷基；X可以是CI或Br。
例如3-氯-2-羥丙基三甲基氯化銨(CHPTMA),1.2一環氧丙基三甲基氯化銨，2-氯丙基三甲基氯化銨，4-氯-2-丁烯基三甲基氯化銨。
所述堿催化劑可以是KOH、NaOH、LiOH、Ca(OH)2和Na2CO3。做為催化劑，可以是單一成分，也可以是按一定比例的混合物。如以KOH與Ca(OH)2的混合物為催化劑，則二者比例為KOH∶Ca(OH)2=1∶0.2～1.0(摩爾比)；以NaOH與Ca(OH)2的混合物為催化劑時，則二者比例為NaOH∶Ca(OH)2=1∶0.2～1.0(摩爾比)；以NaOH或KOH與Na2CO3的混合物為催化劑時，則二者的比例為NaOH或KOH∶Na2CO3=1∶0.2～1.0(摩爾比)。
所述工業淀粉的烘干可采用氣流風干方式，烘至水份≤3％。
所述微波爐內物料的溫度最好控制在55-85℃。
所述已用稀鹽酸將PH調至6.5～7.5的物料的烘干可采用氣流烘干，烘至水分＜14％。
所述微波爐可以采用家用微波爐或各種大型微波爐，其頻率可以為918～2450MHz，波長可以為33.3～12.2cm。
所述陽離子化試劑與堿的摩爾比為1∶1.0～1.6，最好是1∶1.2～1.5，淀粉與陽離子化試劑的重量比為1∶0.16～0.72。
所述進入微波爐前的物料含水量控制在12～28％，最好在14～24％。
本發明與現有技術相比有如下優點1．制取高取代度陽離子淀粉，當取代度在0.10～0.50范圍內，試劑的有效轉化率達到90％～95％。
2．可用普通微波爐或各種大型微波爐做介電加熱設備。
3．與一般干法制取陽離子淀粉相比，反應時間短，能耗低，成本低20％。
下面結合實施例進一步說明本發明。
實施例1在裝有高速攪拌機(轉速1500-3000r/min，具有高剪切力攪刀，線速大于10m/8)的容器中加入含水量＜3％的工業淀粉90g，粉狀Ca(OH)22.5g攪拌5min，混均。稱取CHPTMA22g、KOH7.5g分別溶于22ml和10ml水中，制成溶液，二液慢慢混合，攪拌均勻，以噴霧的方式加到淀粉中，攪拌5～10分鐘，使混合物料分散均勻；將混合物料放在800W的微波爐中加熱8分鐘，取出后用10％的鹽酸中和至PH=6.5，用氣流風干機烘干至含水量＜14％，即為產品。產品為白色粉末，溶于水形成穩定的透明溶液，具有陽離子表面活性劑的性質，在水中分散時形成泡沫，由液體內部上升集聚在液體表面，1～2h后消失，對固體表面有吸附性；在常溫下遇水糊化，形成透明狀膠體；用80％的異丙醇-水溶液洗滌，凱氏定氮法測定含氮量為1.1864％(洗前含氮量1.3110％，原淀粉含氮量0.05％)，取代度0.1513，試劑的有效轉化率＞90％。
實施例2稱取淀粉60g放于裝有高速攪拌機的容器中，CHPTMA30g溶于12ml水中，11gKOH溶于11ml水中，兩種溶液混合，以噴霧的方式加到混合器中，攪拌，與淀粉混均。混合物放于功率為800W的微爐中加熱6min，取出，用8％稀鹽酸中和至PH=7.5，氣流風干至含水量≤14％，即為產品。它在水中有很好的溶解性，用90％的乙醇-水溶液洗滌，凱氏定氮法測定含氮量為2.2566％(洗前含氮量2.3728％，原淀粉含氮量0.05％)，取代度0.3429，試劑的有效轉化率為95％。
實施例3～8按例2的物料配比進行操作，用不同的微波功率，反應一定的時間，制取DS0.35陽離子淀粉，其結果列于表1。
表1 微波輻射功率、時間對反應效率的影響
從表1看出對于相同量的反應物，微波輻射功率越高，所需輻射時間越短；當微波輻射功率相同，反應物越多，所需加熱時間越長。
權利要求
1.一種高取代度的陽離子淀粉的制備方法，其特征是包括將帶有反應活性基團的陽離子化試劑季銨鹽或叔胺鹽的水溶液與堿催化劑的水溶液混合，以噴霧的方式噴到已烘干的工業淀粉中，充分攪拌混合后進入微波爐，采用間歇式加熱5-10分鐘，將物料的溫度控制在40-90℃，取出后，用5～10％的稀鹽酸將物料的PH調至PH=6.5-7.5，再經烘干，即得產品。
2.如權利要求1所述的制備方法，其特征是所述帶有反應活性基團的陽離子化試劑季銨鹽或叔胺鹽的通式是RNR1R2R3X，這里R是CICH2-CH(OH)-CH2-、CICH2-CH(CH3)-、
CICH2-CH=CH-CH2-；R1是H或C1～4的烷基；R2、R3是C1～4的烷基；X是Cl或Br。
3.如權利要求1所述的制備方法，其特征是所述堿催化劑是KOH、NaOH、LiOH、Ca(OH)2和Na2CO3，做為催化劑，可為單一成分，也可為按一定比例的混合物。
4.如權利要求1所述的制備方法，其特征是所述工業淀粉的烘干采用氣流風干方式。
5.如權利要求1所述的制備方法，其特征是所述微波爐內物料溫度控制在55-85℃
6.如權利要求1所述的制備方法，其特征是所述已用稀鹽酸將PH調至6.5～7.5的物料的烘干采用氣流烘干。
7.如權利要求1所述的制備方法，其特征是所述微波爐為家用微波爐或各種大型微波爐，其頻率為918～2450MHz，波長為33.3～12.2cm。
8.如權利要求1所述的制備方法，其特征是所述陽離子化試劑與堿的摩爾比為1∶1.0～1.6，淀粉與陽離子化試劑的重量比為1∶0.16～0.72。
9.如權利要求1所述的制備方法，其特征是所述進入微波爐前的物料含水量控制在12～28％。
全文摘要
本發明提供一種微波介電加熱干法制取高取代度的陽離子淀粉的方法。本制備方法包括高速攪拌機混合物料，NaOH、KOH和Ca(OH)
文檔編號C08B31/00GK1227847SQ9910283
公開日1999年9月8日 申請日期1999年3月5日 優先權日1999年3月5日
發明者張永華 申請人:首都師范大學