一种纳米阳离子淀粉的制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种纳米阳离子淀粉的制备方法。该方法以原淀粉为原料，加入增塑剂，阳离子醚化剂，碱化剂，在高速搅拌机混合均匀，通过双螺杆挤压机（六节筒体）挤压，在第五节筒体处以液体喷枪注入交联剂，物料挤压后通过挤压机出料口，再经干燥、冷却、粉碎后得到纳米阳离子淀粉。本发明制得的纳米阳离子淀粉，阳离子取代度为0.01-0.28，平均粒径100-400nm，且粘度低、流变性好、粘结强度高、成膜性好；在国内首次用双螺杆挤压机生产了纳米阳离子淀粉，且为纳米阳离子淀粉在造纸工业中的应用提供了基础。
【专利说明】—种纳米阳离子淀粉的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于淀粉变性【技术领域】，特别涉及一种纳米阳离子淀粉的制备方法。
【背景技术】
[0002]淀粉是一种由葡萄糖组成的天然高分子碳水化合物，具有支链和直链两种结构，广泛存在于植物的种子、块茎和果实中，是一种可再生、无毒、可生物降解、资源丰富的绿色产品。淀粉分子上有很多羟基，在一定温度条件下，能吸水膨胀而糊化，具有一定的粘性和粘着力，在工业上有较广泛的应用。但天然原淀粉因其结构和性能上的缺陷影响了它的广泛应用。阳离子淀粉是变性淀粉的主要品种之一，与天然原淀粉相比，具有流动性好、粘度稳定性高、渗透性强、粘结力好等优点，在造纸行业中应用广泛。
[0003]制备阳离子淀粉的方法主要有湿法和干法。湿法生产用水量大，污染环境，且工艺生产流程长，干燥能耗高，生产成本高；干法存在淀粉与化学试剂混合不均匀，产品溶解性差等问题，应用上受到限制。一般制备纳米淀粉的途径主要有:物理法，如机械球磨、气流粉碎、超声波处理等；化学法，如酸、碱降解；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结构特性，采用以上方法制备纳米淀粉都存在一定的局限性。
[0004]采用双螺杆挤压技术生产纳米阳离子淀粉，工艺简单，无污水产生，反应效率高，生产成本低。挤压法生产纳米阳离子淀粉，淀粉糊化同时发生，改善了湿法生产的产品使用前经过蒸煮才能溶解水中的缺点。
[0005]本发明为实现采用双螺杆挤压技术大规模生产纳米阳离子淀粉奠定了很好的基础。.
【发明内容】
[0006]本发明的目的是提供一种纳米阳离子淀粉的制备方法。所得的纳米阳离子淀粉带有较强的正电荷，且淀粉糊液具有粘度低、流变性好、粘结强度高、成膜性好等优良特性。
[0007]本发明的技术方案为:一种纳米阳离子淀粉的制备方法，以原淀粉为原料，加入增塑剂，阳离子醚化剂，碱化剂，在高速搅拌机混合均匀，通过双螺杆挤压机(六节筒体)挤压，在第五节筒体处以液体喷枪注入交联剂，物料挤压后通过挤压机出料口，再经干燥、冷却、粉碎后得到纳米阳离子淀粉；
1)制备混合料
按比例称取原淀粉，加入塑化剂，阳离子醚化剂，碱化剂，加蒸馏水调节体系水分含量至20-30%，在高速搅拌机混合均匀；
2)双螺杆挤压机挤压条件控制
螺杆转速300-400rpm，挤压机六段温度分别设定为50-60 V，70-90 °C, 100-110 °C,110-120°C，120-130°C，130-135°C，挤压机出料口的模头孔径为 5_10_ ；
3)挤压
将混合料放入双螺杆挤压机，经由喂料器进入挤压机内挤压，完成淀粉的阳离子化，并在挤压机第五节筒体处以液体喷枪注入交联剂，使已塑化阳离子化的淀粉分子的碳六原子通过交联剂的官能团互相连接，形成稳定的纳米阳离子淀粉微粒；
4)干燥、粉碎
将通过双螺杆挤压机挤压反应后所得产物放入烘箱，烘箱温度30-45°C，对挤出物进行烘干，在室温下冷却，用粉碎机粉碎，得纳米阳离子淀粉产品。
[0008]本发明所用的原淀粉为木薯淀粉、玉米淀粉中的一种。
[0009]所述的增塑剂是甲酰胺、水、甘油、尿素中的一种或两种混合物，用量为原淀粉绝干量的5%-20%。
[0010]所述的阳离子醚化剂为2，3-环氧丙基三甲基氯化铵(固体)，用量为原淀粉绝干量的 1%-30%。
[0011]所述的碱化剂为氢氧化钠、氢氧化钾中的一种或两种混合物，用量为原淀粉绝干量的 0.1%-8%。
[0012]所述的交联剂为环氧氯丙烷、乙二醛、甲醛中的一种或两种混合物，用量为原淀粉绝干量的0.1%-5%。
[0013]本发明的有益效果:本发明采用双螺杆挤压技术生产纳米阳离子淀粉，原料易得，生产工艺简单，生产成本降低，绿色无污染，可生物降解。挤压法生产的纳米阳离子淀粉，淀粉的糊化同时发生，且为纳米级粒子，产品溶于水，改善了湿法生产出的产品使用前要经过蒸煮后才能溶解在水中的缺点。
[0014]本发明制得的 产品纳米阳离子淀粉，阳离子取代度为0.01-0.28，平均粒径100-400nm，在国内首次用双螺杆挤压机生产了纳米阳离子淀粉，且为纳米阳离子淀粉在造纸工业中的应用提供了基础。
【具体实施方式】
[0015]实施例1:
称取5000g玉米淀粉，加入甘油500g，2，3-环氧丙基三甲基氯化铵300g，氢氧化钠100g，加蒸馏水调节体系水分含量至25%，在高速搅拌机混合均匀。调节双螺杆挤压机螺杆转速300rpm，挤压机六段温度分别设定为60°C，80°C，100°C，11 (TC，120°C，130°C，挤压机出料口的模头孔径为5_。将混合料放入双螺杆挤压机，经由喂料器进入挤压机内挤压，并在挤压机第五节筒体处以液体喷枪注入交联剂乙二醛50g。将挤出物放入烘箱，烘箱温度35 0C，对挤出物进行烘干，在室温下冷却，用粉碎机粉碎，得纳米阳离子淀粉产品。
[0016]实施例2:
称取5000g木薯淀粉，加入甘油350g，2，3-环氧丙基三甲基氯化铵350g，氢氧化钠125g，加蒸馏水调节体系水分含量至28%，在高速搅拌机混合均匀。调节双螺杆挤压机螺杆转速350rpm，挤压机六段温度分别设定为60°C ,80°C, 100°C，115°C，125°C，130°C，挤压机出料口的模头孔径为5_。将混合料放入双螺杆挤压机，经由喂料器进入挤压机内挤压，并在挤压机第五节筒体处以液体喷枪注入交联剂乙二醛55g。将挤出物放入烘箱，烘箱温度40 0C，对挤出物进行烘干，在室温下冷却，用粉碎机粉碎，得纳米阳离子淀粉产品。
[0017]实施例3:
称取SOOOg木薯淀粉，加入甘油800g，2，3-环氧丙基三甲基氯化铵400g，氢氧化钠160g,加蒸馏水调节体系水分含量至30%，在高速搅拌机混合均匀。调节双螺杆挤压机螺杆转速400rpm，挤压机六段温度分别设定为60 V，85°C，100°C，115°C，125°C，135°C，挤压机出料口的模头孔径为6_。将混合料放入双螺杆挤压机，经由喂料器进入挤压机内挤压，并在挤压机第五节筒体处以液体喷枪注入交联剂乙二醛96g。将挤出物放入烘箱，烘箱温度40 0C，对挤出物进行烘干，在.室温下冷却，用粉碎机粉碎，得纳米阳离子淀粉产品。
【权利要求】
1.一种纳米阳离子淀粉的制备方法，其特征在于:以原淀粉为原料，加入增塑剂，阳离子醚化剂，碱化剂，在高速搅拌机混合均匀，通过双螺杆挤压机(六节筒体)挤压，在第五节筒体处以液体喷枪注入交联剂，物料挤压后通过挤压机出料口，再经干燥、冷却、粉碎后得到纳米阳离子淀粉；主要步骤为: 1)制备混合料:按比例称取原淀粉，加入塑化剂，阳离子醚化剂，碱化剂，加蒸馏水调节体系水分含量至20-30%，在高速搅拌机混合均匀； 2)挤压:将混合料经由喂料器进入双螺杆挤压机内挤压，螺杆转速300-400rpm，挤压机六段温度分别设定为 50-60°C,70-90°C, IOO-1lO0C, 110-120°C, 120-130°C, 130-135°C,挤压机出料口的模头孔径为5-10mm ;完成淀粉的阳离子化，并在挤压机第五节筒体处以液体喷枪注入交联剂，使已塑化阳离子化的淀粉分子的碳六原子通过交联剂的官能团互相连接，形成稳定的纳米阳离子淀粉微粒； 3)干燥、粉碎:将通过双螺杆挤压机挤压反应后所得产物放入烘箱，烘箱温度30-45 0C，对挤出物进行烘干，在室温下冷却，用粉碎机粉碎，得纳米阳离子淀粉产品。
2.根据权利要求1所述的纳米阳离子淀粉的制备方法，其特征在于:所述的原淀粉为木薯淀粉、玉米淀粉中的一种。
3.根据权利要求1所述的纳米阳离子淀粉的制备方法，其特征在于:所述的增塑剂是甲酰胺、水、甘油、尿素中的一种或两种混合物，用量为原淀粉绝干量的5%-20%。
4.根据权利要求1所述的纳米阳离子淀粉的制备方法，其特征在于:所述的阳离子醚化剂为2，3-环氧丙基三甲基氯化铵(固体)，用量为原淀粉绝干量的1%-30%。
5.根据权利要求1所述的纳米阳离子淀粉的制备方法，其特征在于:所述的碱化剂为氢氧化钠、氢氧化钾中的一种 或两种混合物，用量为原淀粉绝干量的0.1%-8%。
6.根据权利要求1所述的纳米阳离子淀粉的制备方法，其特征在于:所述的交联剂为环氧氯丙烷、乙二醛、甲醛中的一种或两种混合物，用量为原淀粉绝干量的0.1%-5%。
【文档编号】C08J3/24GK103435855SQ201310398219
【公开日】2013年12月11日 申请日期:2013年9月5日 优先权日:2013年9月5日
【发明者】陈启杰, 张雄飞 申请人:长沙理工大学