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羧甲基淀粉钠的合成及其性质的研究

发布日期:2015-04-06 13:30:46
氣乙酸钠
羧甲基淀粉钠(简称CMS)是一种水溶性高分子化合式;
具有许多天然胶体所不及的优良性能。其物理化学性质 与羧甲基纤维素(简称CMC)相似,可作为增稠剂、乳化剂、
稳定剂、粘合剂和分散剂等,用于食品、医药、纺织、卷烟、造酸:
纸、石油钻探、涂料、洗涤剂和水处理等多种行业,用途广 泛[1]。目前,氣乙酸钠CMC因原料价格上涨,生产成本高,加之市场 需求量日趋增加,致使价格不断上涨,而CMS生产成本、售nH
价均低于CMC,尤其是CMS对人体无毒、无害,易被人体吸 收,用于食品、医药等领域优于CMC或原淀粉。n(i
CMS的传统合成方法以醇-水为反应介质[2],耗用大 量溶剂。本研究摒弃传统方法,以我省丰富的农产品资源_
玉米淀粉为原料,采用干法合成工艺,所得产品具有良好的 水溶性,增稠、乳化、稳定性,其色泽,粘度(使用NDJ-79型钠>
旋转式粘度计测定2%水溶液粘度可达2Pa*S以上)及各项湿:
技术指标均达到医药、食品添加剂的要求。工业化生产表毕
明,该工艺先进合理,较传统工艺投资少,投产快,操作简便,
设备利用率高,成本低,无污染,经济效益和社会效益显著。
产品已用于食品、医药、日化、石油钻探等领域,其市场前景替,
十分广阔。量‘
在实际应用中,CMS多以其水溶液使用,因而研究其水 溶液性质[1]对于研究开发CMS新品种,拓宽其应用范围,均 有重要实际意义。本文探讨了影响CMS合成的多种因素及液:
浓度、温度、酸碱、电解质和放置时间对CMS水溶液粘度的静
影响。型:
1实验部分 1.1实验仪器
1.2原料与试剂
玉米淀粉,氯乙酸,碱均为工业品;氣化钠,氢氧化钠,盐 酸均为分析纯试剂。
1.3反应原理
主反应:(Q,H1(A)n + nNaOH—+ nH20
(QH9〇5Na)n+ nCH2aC〇2Na —- nCQ^OCHztXJzNa) + nNaCl
副反应:CH2ClC〇2Na + 1^0 —*CH2HOCOfeNa + HC1
1.4合成方法
参考文献[3],将一定量的玉米淀粉,氢氧化钠,氣乙酸钠依次加人捏合机中,使物料充分混合均匀,调节反应物含 湿量,在预定反应温度,搅拌速度下反应一定时间,反应完 毕,经后处理得粉末状CMS产品。
1.5钠含責
CMS的代替度用化学分析方法测定,1~3号样品的代 替度(DS)依次为0.3,0.5和0.6;其氣离子(以氣化钠计)含 量依次为 0.42%,1.35% 和 1.37%。
1.6粘度的测定
将一定量的CMS样品溶于定量的蒸馏水或氣化钠水溶 液或一定pH的氢氧化钠或盐酸水溶液中,搅拌溶解均匀, 静置6小时,用pHS- 3C型酸度计测定其pH,用NDJ _ 79 型旋转粘度计配以501型超级恒温器测定粘度。
2结果与讨论
2.1影响CMS合成的因素
配料比以淀粉(按葡萄糖单元计):酸化剂= 1:0.2~1. 0,烧碱:醚化剂= 1:0.8~1.4为宜。氣乙酸是淀粉的醚化 剂,与淀粉醚化的同时,自身亦发生滅催化水解反应,使醚化 反应效率降低。烧碱作为淀粉的碱化剂,醚化反应和副反应 的催化剂,又是反应过程中所生成酸的吸取剂,对CMS的合 成既有正面效应,又有负面效应,加量愈多愈有利于淀粉的 溶胀和碱化,形成较多的醚化中心,使醚化反应更易于进行, 同时又会促进醚化剂的水解,降低醚化反应效率,加快淀粉 的降解,不利于生成高分子量CMS。
2.1.2物料含水量
淀粉含水量对CMS的合成非常重要,这是因为烧碱和 酸化剂不易渗透到干淀粉颗粒内部,却易渗人水合淀粉内。 因而,含水量过低将严重影响产品的质量,含水量过高,会促 进副反应的发生,尤其在较高温度下,体系将发粘,甚至导致 反应难以进行。
2.1.3反应温度和时间
淀粉的羧甲基化是一个放热反应,但温度过低,反应速 度缓慢,不宜工业化生产。该反应随温度升高反应速度加 快,但温度过高,亦促进氯乙酸的水解,且导致物料发粘,甚 至结块,影响后处理。试验表明,于20X:?601C,反应3~6 小时为宜。
2.2 CMS水溶液的性质
2.2.1不同浓度CMS水溶液的粘度
CMS水溶液的粘度随浓度变化的数据列于表1。结果 表明:CMS水溶液的粘度随其浓度增大而增大。
表1 CMS水溶液的粘度(单位:10-3Pa*S)
序号\浓度0.5%1%2%4%
11660018002600
23559015002400
31,42616004200
2.2.2电解质(氯化钠)对CMS水溶液粘度的影响 表2列出了在不同氯化钠含量时,2%CMS水溶液的粘 度数值。数据表明,氯化钠对CMS水溶液的粘度影响较大, 尤其是氯化钠含量低于0.2%时,CMS水溶液的粘度随氯化 钠含量增高而急剧下降;在氯化钠含量髙于0.5%后,其对 CMS水溶液的粘度影响较小。
表2氱化钠对2%CMS水溶液粘度(10_3Pa*s)的彩响
2.2.3温度对CMS水溶液粘度的影响
不同温度下,CMS水溶液的粘度列于表3。结果表明:
2.2.4酸碱度对296CMS水溶液粘度的影响 2%CMS水溶液在不同pH下的粘度值列于表4。结果 显示,当pH增大时,溶液粘度急剧上升,但当PH增大到一 定值后,其粘度急剧下降。CMS水溶液粘度的这一变化规 律,类同于一般聚电解质。
表4不同pH下CMS水溶液的粘度(10-3Pa-s)
pH3.464.044.865.806.756.957.798.44
粘度9037080011201300133013501200
pH10.4310.8810.9611.3711.4011.7412.28
粘度890630580400370250150
2.2.5放置时间对CMS水溶液粘度的影响 CMS水溶液的稳定性受多种因素影响,如温度、a-淀 粉酶、真菌及其代替度、取代基的分布等。有关这些问题有 待进一步研究,本文仅在室温下考察了密闭于容器中的 CMS水溶液随放置时间的变化。其结果显示:1号样初粘度 (单位:10-3Pa’s)为1800 , 4天后降到1200,此后迅速降' 低。而3号样初粘度1600,—个月内其粘度几乎无变化,室 温下存放八个月其粘度降为630。表明在同等条件下,代替 度较高的样品,其稳定性较好。
3结论
以玉米淀粉为原料,采用干法合成工艺生产中高粘度羧 甲基淀粉钠,醚化剂和烧碱的用量,淀粉的含水量,反应时 间,反应温度等对其均有影响。以淀粉(按葡萄糖单元计): 醚化剂=1:〇.2~1,烧碱:醚化剂=1:0.8~1.4,控制适宜的 含水量,于20X: ~ 60t:反应3 ~ 6小时,所得CMS小试产品 及工业产品均具有良好的水溶性和增稠、乳化、稳定性,其色 泽,粘度(2%水溶液粘度可以达到2Pa*s以上)及各项指标 均达到医药,食品添加剂的要求;该工艺先进合理,较传统工 艺投资少,投产快,操作简便,设备利用率髙,成本低,无污 染,经济效益和社会效益十分显著。
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