一种高取代度阳离子木薯淀粉及其制备方法与应用
【技术领域】
[0001]本发明属于改性淀粉的生产技术领域，具体涉及一种高取代度阳离子木薯淀粉及其制备方法与应用。
【背景技术】
[0002]在各种造纸助剂中，淀粉是使用最早应用最广的一种，包括原淀粉及改性淀粉，其中大多为改性淀粉，常用的改性淀粉有阳离子淀粉、阴离子淀粉、非离子淀粉等。改性淀粉的性能主要取决于改性方式、取代基团、取代度等。
[0003]阳离子淀粉是一种很重要的淀粉醚衍生物，国外广泛应用于造纸、纺织、油田开发、黏合剂、采矿业和化妆品等行业，而国内只有在造纸行业的应用比较成熟，其他领域有待开发，前景十分广阔。阳离子淀粉，无论在酸性还是碱性条件下均呈阳离子性，特别适用中、碱性或酸性条件下抄纸，在中性抄纸技术迅速发展的今天，它正成为不可缺少的造纸助剂，也是目前适用范围最广、用量最大的一种改性淀粉。
[0004]目前应用于造纸湿部的阳离子淀粉取代度一般为0.01?0.07，属于低取代度阳离子淀粉。虽然关于高取代度阳离子淀粉的制备方法有一些，但受限于制备过程复杂和成本较高等原因并不适宜工业生产，如CN200610166835.X公开了一种高取代度季铵型阳离子淀粉絮凝剂的合成方法，此方法所制备的阳离子淀粉取代度较高，但过程中需要高浓度碱、真空干燥、高温等条件，过程相对复杂；CN201210068011.4公开了一种基于碱性离子液体的高取代度阳离子淀粉的合成方法，此方法实现了高取代度阳离子淀粉的绿色合成，但过程中需要碱性功能化离子液体、高温、抽滤等条件，且工序较多，难以推广使用。
【发明内容】
[0005]为解决现有技术的缺点和不足之处，本发明的首要目的在于提供一种高取代度阳离子木薯淀粉的制备方法。本发明以木薯淀粉为原料选用干法制备高取代度阳离子木薯淀粉，通过添加催化剂来增强反应效果，该制备方法条件温和、工序简单，成本较低，所得产品增强效果好，适用范围广，贮存稳定性好。
[0006]本发明的另一目的在于提供上述制备方法获得的高取代度阳离子木薯淀粉。
[0007]本发明的再一个目的在于提供上述高取代度阳离子木薯淀粉的应用。
[0008]为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案:
[0009]一种高取代度阳离子木薯淀粉的制备方法，包括以下操作步骤:
[0010](I)调酸碱度:将相当于木薯淀粉质量5?8%的碱加入到木薯淀粉中，过筛网混合均勾，调节至一定的pH ；
[0011](2)醚化:将相当于木薯淀粉质量50?60%的阳离子醚化剂和相当于木薯淀粉质量10?12%的水配成溶液后加入到步骤(I)调酸碱度后的木薯淀粉中，然后加入相当于木薯淀粉质量I?3%的催化剂，密封保存，室温下反应48?60小时，即得所述高取代度阳离子木薯淀粉。
[0012]步骤(I)所述的碱为氢氧化钠、氢氧化钾或氢氧化钙的一种。
[0013]步骤⑴所述的pH为10?11。
[0014]步骤(2)所述阳离子醚化剂为3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵或2，3-环氧丙基三甲基氯化铵。
[0015]步骤⑵所述催化剂为二甲基亚砜。
[0016]步骤(2)所述的水优选为蒸馏水。
[0017]一种根据上述制备方法制备的高取代度阳离子木薯淀粉。
[0018]上述高取代度阳离子木薯淀粉的应用:将其配制成溶液按比例添加到造纸机湿部以提高产品纸张强度。
[0019]所述应用具体为:将高取代度阳离子木薯淀粉配制成浓度为0.001g/mL的溶液，按相对于绝干纸浆质量的0.2?0.8%的比例添加到造纸机湿纸浆中，以提高纸张的强度。
[0020]与现有技术相比，本发明具有以下优点及有益效果:
[0021](I)本发明制备方法生产工艺合理，经由调酸碱度、醚化等工艺系统的精确控制，使普通木薯淀粉具有阳离子特性和高取代度，其应用效果完全可以达到造纸工业要求，可有效提高纸张强度、增强滤水效果、留着效果和增加纸张灰分等。
[0022](2)本发明制备方法原料利用率高，制备过程污染小，制备工艺简单，制备成本低。
[0023](3)本发明以木薯淀粉为原料制备阳离子淀粉，拓展了木薯淀粉的使用范围。
[0024](4)本发明的高取代度木薯淀粉可减少造纸过程中阳离子淀粉用量，降低成本，增加经济效益。
[0025](5)本发明以二甲基亚砜为催化剂，效果明显，反应迅速。
【附图说明】
[0026]图1为本发明的反应原理。
【具体实施方式】
[0027]下面结合实施例和附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
[0028]本发明实施例和对比例中对纸张性能检测方法如下:取代度检测方法凯式定氮法；耐破指数计算方法GB/T 454-2002 ;撕裂指数计算方法GB/T 455-2002 ;抗张指数计算方法 GB/T 453-2002。
[0029]本发明的反应原理如图1所示。由于存在醇羟基，淀粉经碱性活化后可与醚化剂发生醚化反应生成阳离子淀粉，其由氨基电离或质子化提供阳电荷，而催化剂的加入有助于反应效率提尚。
[0030]实施例1
[0031](I)调酸碱度:将1.Sg氢氧化钠加入到30g木薯淀粉中，过筛网混合均匀，调整至pH = 10 ?11 ;
[0032](2)醚化:将15g的3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵和5g的蒸馏水配成溶液后加入到步骤(I)调酸碱度后的木薯淀粉中，然后加入0.9g的二甲基亚砜，密封保存，室温下反应48小时，即得高取代度阳离子木薯淀粉。
[0033]将步骤(2)得到的高取代度阳离子木薯淀粉配制成浓度为0.001g/mL的溶液按照相对于绝干纸浆质量0.2%的量添加到纸张中，并测定抄造纸张的耐破指数、撕裂指数、抗张指数并与空白纸样比较。
[0034]本实施例高取代度阳离子木薯淀粉取代度为0.334，使用该高取代度阳离子木薯淀粉的纸样比空白纸样耐破指数提尚10.4%，撕裂指数提尚9.6%、抗张指数提尚7.5%。
[0035]实施例2
[0036](I)调酸碱度:将1.Sg氢氧化钠加入到30g木薯淀粉中，过筛网混合均匀，调整至pH = 10 ?11 ;
[0037](2)醚化:将17g的3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵和5g的蒸馏水配成溶液后加入到步骤(I)调酸碱度后的木薯淀粉中，然后加入0.6g的二甲基亚砜，密封保存，室温下反应54小时，即得高取代度阳离子木薯淀粉。
[0038]将步骤(2)得到的高取代度阳离子木薯淀粉配制成浓度为0.001g/mL的溶液按照相对于绝干纸浆质量0.4%的量添加到纸张中，