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异丙醇溶剂法制取高取代度羧甲基淀粉钠

发布日期:2015-04-26 21:41:15
异丙醇
  羧甲基淀粉钠(CMS)是一种用途广泛的助剂, 可用作增稠剂、乳化剂、填充剂、稳定剂、黏合剂。在 医药工业上可用作药物片剂的崩解剂和血浆体积 扩充剂;在纺织业上可配制成各种纤维织物上的浆剂;在食品工业上可用作稳定剂或增稠剂;在印染 业上可作染料助剂和载体;在造纸业上可作纸浆匀 化剂和纸张表面施浆剂。此外,羧甲基淀粉钠在石 油钻井、洗涤剂、农业、建材、服装等行业也广泛应 用。高取代度的羧甲基淀粉钠,由于其水溶性好,吸 水性强,黏度高,性能优越,应用领域及范围更加广 阔。目前,在我国,高取代度的羧甲基淀粉钠还处于 研制阶段。
  
  羧甲基淀粉钠通常由淀粉和氯乙酸或其钠盐在碱性条件下进行醚化反应制得。其合成工艺分为 7jC媒法、固法、半固法和有机溶媒法。前三者只能制得低取代度的产品,一般为〇。 3左右。高取代度羧甲基淀粉钠主要通过有机溶媒法合成,有机溶媒法大多采用能与水相溶的有机溶剂为介质,在少量水存在的条件下进行醚化,能提高取代度和反应效 率,产品仍保持粒状。有机溶剂的作用是保持淀粉不溶解,常用的有机溶剂有甲醇、乙醇、丙酮、异丙醇。本文以异丙醇为溶剂来研究制备高取代度羧甲 基淀粉钠的工艺条件。
  
  1实验 1.1主要原料及试剂玉米淀粉(沈阳万顺达淀粉有限公司);氢氧化钠(工业级);氯乙酸(北京化工厂)。
  
  1.2反应机理淀粉与氯乙酸在氢氧化钠存在下进行的醚化 反应为双分子亲核取代反应,反应式如下:(1)Rst(0H)3 +^NaOH^R8t(OH)3^(〇Na), + *H20(2)Rst(OH)3_;t(〇Na)!t + ^C1CH2C00H + *NaOH-^Rst ( 〇H)3_;[ ( OCH^OONa), + *H20 + *NaCl1.3 CMS的合成工艺按一定比例,将异丙醇、水、固体氢氧化钠以及 淀粉分别加人三口烧瓶中,充分搅拌后,移人恒温 槽中,加热升温至碱化温度,碱化一定时间后,再加 人固体氯乙酸并升温至醚化温度?反应完毕,用含 水乙醇洗至对硝酸银溶液不呈氯离子反应,干燥得 到产品。
  
  1.4测定取代度采用络合滴定样品的羧甲基含量,然后换算成 产品取代度(DS)
  
  81 - 80S式中为产品取代度W为羧甲基的质量分数。
  
  2结果与讨论本文所有实验中,淀粉的加人量均为8. lg.
  
  \2.1溶剂用量对产品取代度的影响按淀粉:氯乙酸:氢氧化钠=1:〗:2(摩尔比,以下同),蒸馏水l〇ml,在35丈碱化1 ? 5h,55丈 醚化7h条件下,改变溶剂用量,测得产品取代度 DS如表1所示。
  
  表1不同溶剂用置下gS测置结果溶剂用量/ml6070801000. 373 80.371 00.374 70.376 4由表1数据可知,溶剂用量的多少对产品的 仍几乎无影响。原则上溶剂用量途少越好,但为了 便于搅拌,溶剂量不能太少。
  
  2.2淀粉、氯乙酸、氢氧化钠的配比对产品取代度的影响在氯乙酸:氢氧化钠=1: 2保持不变及其它 反应条件同2.1情况下,改变氯乙酸的用量,进行 实验,测定值,实验结果如表2.
  
  表2不同气乙酸的用量下DS的测量结果淀粉:氯乙酸:氢氧化钠1: 0.5: 11: 1: 21: 2: 41: 3: 60. 126 80.374 70.551 7糊化表2数据表明,随着氯乙酸用量的增加,取代 度随之增大,但当达到理论配比时,物料糊化,实验 无法进行。在淀粉:氯乙酸=1: 2时,改变氢氧化 钠用量,实验得表3结果。
  
  表3不同氢氧化钠用量下PS测置结果 氢氧化钠用量1: 2: 3 1: 2: 4 1: 2: 51: 2: 60.139 3 0.551 7 0.651 00.593 2 糊化从表3看出,随着氢氧化钠用量的增加,取代 度随之增大;当氢氧化钠用量为氯乙酸的2. 5倍 时,氢氧化钠用量再增加对产品取代度的影响很 小,并且体系易糊化?
  
  2.3加水量对产品?i代度的影响按淀粉:氯乙酸:氢氧化钠=1: 2: 5,在碱 化温度、碱化时间、醚化温度、醚化时间同2. 1情况 下,改变水量,试验其对产品取代度的影响,实验结 果见表4.
  
  表4改变加水量的£>5测量结果加水量/ml10152025300.651 0 0.751 7 0. 804 2 0. 877 9 0.850 1由表4可知,当加水量在20 ~ 30mL时,产品的 取代度较高,水量过低或过高都不利于醚化反应。 由于反应物料除淀粉外,其余都溶于水,水量太少 时则会影响碱和羧甲基试剂向淀粉内部渗透,难以 激活反应。但水对Na +存在溶剂化作用,水量越大, 溶剂化作用强,使得Na+向淀粉颗粒扩散作用减 弱,而且水量过多,会失去溶剂法的作用。
  
  2.4戚化温度对产品取代度的影响按淀粉:氯乙酸:氢氧化钠=1: 2: 5,蒸馏 水25ml,分别在25^、30T、35T、40^下碱化 1.5h,在55X醚化5h,得到表5的实验结果。
  
  表S不同碱化温度下flS的测置值械化温度/弋253035400.728 60.813 40.877 90.878 8表5表明,随着碱化温度的增加,取代度相应 增加;当温度达到35^时,温度再增加对取代度几 乎无影响。
  
  2.5碱化时间对产品取代度的影响按淀粉:氯乙酸??氢氧化钠=1: 2: 5,蒸馏 水25ml,在35T条件下进行碱化,所得结果如表6.
  
  表6不同碱化时间下gS值 '碱化时间/h0.51.01.52.03.00.712 6 0.803 4 0.877 9 0.878 9 0.879 5表6显示,在碱化时间1.5h以内,随着碱化时 间的增加,取代度随之增加,而在1.5h以后,取代 度变化不大。
  
  2.6醚化温度对产品取代度的影响按淀粉:氯乙酸:氢氧化钠=1: 2: 5,蒸馏 水25〇11,35弋碱化1.511,分别在45丈、501€、551€、 60尤下醚化5h,得到表7结果。
  
  表7不同醚化温度下DS值醚化温度/T45-5055600.724 30.853 40.877 90.876 8 糊化由表7得出,醚化最佳温度为551 ?过低取代 度偏低,过高易出现糊化。
  
  2.7醚化时间对产品取代度的影响按淀粉:氯乙酸:氢氧化钠=1: 2: 5,蒸馏 水25ml,35t碱化1_ ShJS'C下分别醚化3h、4h、 5^611、7}1,得到如表8的结果。
  
  表8不同醚化时间下值醚化时间/h345670.312 60.503 40.877 90.879 30.881 1从表8可以看出醚化5h较适宜。醚化时间再延长取代度虽有所提高,但提高不多。
  
  3结论综上所述,以异丙醇为溶剂,制备取代度在〇。 8 以上的羧甲基淀粉钠的最佳工艺条件为:按淀粉: 氯乙酸:氢氧化钠=1: 2: 5,蒸馏水251^,35^碱 化L 5h ,55T醚化5h?该条件比较温和,操作方便,有较好的应用价值。
 
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