双醛淀粉
高碘酸和高碘酸盐对淀粉分子中的乙二醇结构具有特殊的氧化切断作用,使葡萄糖单位的C2和C3的羟基被氧化成醛基,从而生成双醛淀粉。
(1) 制造方法 将淀粉悬浮在高碘酸溶液中,调pH值在1.2左右,温度控制在30~40℃,在连续搅拌下进行反应。高碘酸用量可根据氧化程度的要求来调节,大约与淀粉的克分子比为1:1。经过3h以后结束反应,停止搅拌。反应液静置沉淀约lh,将上清液或将反应液经离心分离后的上清液泵抽到电解槽处理。淀粉经洗涤、干燥即成制品。碘酸溶液经浓缩后,电解氧化制成高碘酸。将碘酸再生成高碘酸的电解氧化技术是决定生产成本的关键。这种再循环的技术奠定了经济地制取双醛淀粉的现代工艺。
(2) 性质和用途 双醛淀粉的醛基往往以半醛醇和半缩醛存在。而这两种键都不稳定,易于断裂而释放出羰基。与亚硫酸氢根反应产生溶液状或胶状的副产品;与天然多糖或合成化合物如聚乙烯醇的羟基反应,生成耐水薄膜。
双醛淀粉用于造纸、皮革、纺织、照相材料等工业领域。
5. 阳离子淀粉
阳离子淀粉是把各种置换胺、铵盐、亚胺等引进淀粉而制成的淀粉衍生物,因具有阳电荷而不同于电中性和阴离子性的变性淀粉,其中最重要的是含有叔胺基团或季铵基团的阳离子衍生物。
(1) 制造方法 利用卤素、环氧胺及铵盐进行反应。一般是在强碱存在下,用2-二乙胺乙基氯化物的叔胺类及三甲胺制备叔胺烷基醚。由2,3-环氧丙基三甲胺氯化物制造的季铵淀粉醚都是最有名的阳离子淀粉,通常采用湿法:即按一定的比例把淀粉分散到含有硫酸钠或食盐(作淀粉颗粒泡胀抑制剂)的苛性钠或氢氧化钙水溶液中,在40~50℃下反应数小时,用盐酸中和,水洗、干燥即得产品。
最近,又在重新研究气相反应的创造方法。将干淀粉放进耐压密封的混合机里,在常温下满入1%~7%乙烯亚胺,加热到30~100℃,经数小时获得2-氨基醚,结束反应后喷射盐酸,在pH值4~5下制成产品。
(2)性状和用途 阳离子淀粉糊液的黏度要比原淀粉高,即使取代度低到0.07左右的阳离子淀粉也具有冷水膨胀性,这一点与其他中性淀粉的衍生物不同。
阳离子淀粉主要用于造纸工业,它对带负电荷的纤维素纤维的电化亲和力显示了几乎100%的不可逆吸附作用。此外,还可作为表面施胶剂、涂层粘结剂,纺织工业上作经线上浆料,在排水净化、矿业及离子交换等方面作絮凝阴性有机、无机颗粒的絮凝剂。
6. 交联淀粉
当用含有2个或2个以上官能团的化学试剂处理淀粉时,就会发生化学试剂与淀粉分子中至少两个羟基起反应,形成交联淀粉。常用的交联剂有环氧氯丙烷、三偏磷酸钠和磷酰氯等。
(1)制造方法 交联淀粉通常是在一定的温度和pH值下将一定数量的交联剂加到淀粉乳中进行制备.例如将淀粉和交联剂配成一定浓度的淀粉乳,以氢氧化钠或碳酸钠作催化剂,加热至100℃左右,保温15min后,调节pH值,然后在50~55℃中保温1h,即得交联淀粉。交联程度不易直接分析,一般是测定交联反应后反应液中交联剂的剩余量,以便控制交联剂的用量。
反应时,pH值控制在一个较小的限制范围内。为使反应顺利进行,必须在反应过程中进行充分地搅拌,以保持淀粉始终呈悬乳状。搅拌速度可通过间隙取样分析后确定。反应结束后,将颗粒淀粉分离、洗涤、干燥即可。
(2) 性状和用途 交联淀粉具有立体网络结构,从而使淀粉在制浆时非常稳定,黏度高,甚至在搅拌、加热或冷却时仍能保持稳定的稠度。交联淀粉有良好的机械性能,且耐热、耐陈耐碱。
交联淀粉用作碱性纺织印花浆、波纹纸的粘接剂、石油钻井泥浆、印刷油墨、煤和炭饼的粘接剂、于电池的电解质保留剂、玻璃纤维涂胶和纺织上浆等。
7. 淀粉酯
淀粉分子中每个葡萄糖单体上的碳2、3和6位上都有游离羟基,因此酯化反应可连续发生直至产生三酯衍生物.
淀粉酯大体上可分为有机酸酯和天机酸酯,在这里只介绍淀粉醋酸酯(有机酸酯)和淀粉磷酸酯(无机酸酯)。
(1) 淀粉醋酸酯(又名醋酸淀粉)
最初的淀粉醋酸酯是为了代替醋酸纤维素,因而制成高置换体,后因强度不够,改用低置换体以抗老化性,这才扩大了醋酸淀粉的用途,并广泛用于食品工业。
① 制造方法 制造醋酸淀粉所使用的反应试剂有醋酸、醋酸酐、醋酸乙烯、氯化乙酰、乙烯酮等,并同时使用反应催化剂。高置换体采用溶液法,把淀粉放在冰醋酸中,在118℃的温度下进行循环,可生成42%左右,但伴随有解聚。用醋酸酐作乙酰化试剂,吡啶作催化剂的系统解聚较少,加入的醋酸酐和吡啶量分别为淀粉的3.2倍和3.7倍。在100℃经1.5~3h约达到取代度3,然后加水使之沉淀,经水洗、干燥即可得到纯品,但工业上吡啶和醋酸酐的回收费用高。
工业上常用的是醋酸酐在碱性条件下作用于原淀粉乳,于pH值7~10下进行反应得到低置换体:将淀粉乳(浓度约为44%)引入反应器中,用3%的氢氧化钠调pH值10,加入醋酸酐使pH值降到7.0,再加碱调至pH值10,再加醋酸酐,如此重复操作直到加入足够量的醋酸酐,达到一定的酯化程度为止。然后离心分离,清洗、干燥即得产品。反应最好在25~30℃进行。
醋酸钠是反应时的副产物,会使加工的食品产生异味。所以醋酸淀粉必须彻底洗涤,除去醋酸钠,保证灰分含量低于0.2%。
② 性状和用途 低置换体与原淀粉一样,糊化必须加热,但糊化点低。低置换体醋酸淀粉广泛用作食品的增稠、保型剂,还用在纤维的精压加工、纸表面上胶、粘涂料等。
高置换体不溶于冷水,乙酰基量在40%以上的可溶于冰醋酸、卤烃等。融点高达280~300℃,3个羟基都酯化的强度超过纤维素。
(2)磷酸淀粉
磷酸淀粉也称淀粉磷酸酯。若淀粉分子中的葡萄糖单体上只有1个羟基与(正)磷酸酯化,称为单酯型,实际上是钠盐的形式,该产品的准确名称为淀粉磷酸二钠。如果有2个羟基或2个淀粉分子中各1个羟基与1个(正)磷酸分子酯化,称为双酯产品,当这两种双酯磷酸淀粉成盐时,均称为二淀粉磷酸单钠。
目前,工业上使用的淀粉磷酸酯多为低磷酸含量的衍生物,取代度范围从0.01~0.2,相当于含磷量0.4%~0.5%之间。
① 制造方法 单酯型磷酸淀粉的制备是将磷酸二氢盐溶液的pH值调至5~6.5,与淀粉一起搅拌混和,然后把混和物的水分预于燥,再在120~175℃的温度下加热0.5~15h。例如:溶解240份的NaH2PO4·H2O于2040份水中,用NaOH溶液调节pH值至5.5,在不断充分搅拌下加入淀粉,过滤,收回湿淀粉饼,干燥至含水量10%左右,用连续加料法将淀粉在175℃加热干燥45min,此时进行磷酸酯化反应。最后产品含磷1.0%左右。
② 性质和用途 单酯型磷酸淀粉随着置换率的上升,糊化也更加容易,置换率为0.05%左右,已经能在冷水中泡胀,糊液透明,显示高分子电解质特有的高黏度。最有用的性质是耐老化性,即便是置换率低到0.01%的加热糊化型也不易老化。几乎没有凝沉作用。双酯型还具有较强的粘合力。磷酸淀粉由于交联的缘故,加热时的泡胀反而被抑制。液体不透明,糊液在剧烈的搅拌下能保持稳定,随着交联度的增加而塑性增强。
适用于要保存的食品和冷冻食品。冷水溶型磷酸淀粉的粘结力和膜强度都大,被用于铸造成型、煤球粘结剂等,由于与耐水试剂反应性好,所以在造纸工业中,用于制造耐水涂膜纸.此外,还用于纤维上胶、印染上浆、洗涤剂的成型,金属离子的赘合闭链、抑制结垢等。
8. 羟烷基淀粉醚
淀粉与烯基氧化物反应就可获得羟烷基淀粉醚。
(1) 制造方法 目前在工业中主要利用常压下的液相反应生产羟烷基淀粉,其中有采用淀粉悬浮液的不均匀反应和糊化分散而进行的均匀反应。从便于操作和经济性来看,在置换率低于0.1以下时,适用于悬浮液反应。一般的方法是在约45%的淀粉悬浮液中加入占液量2%~3%的食盐作为防泡胀剂,加入0.4%~0.6%的苛性钠作为催化剂,混合均匀后,再添规定量的氧化烯烃,进行反应。反应温度为40~50℃。当反应到规定的时间以后,进行中和、洗净、干燥即得产品。
反应过程中应注意加盐(氯化钠或硫酸钠),抑制难以脱水的醚化淀粉产生糊化泡胀,并要有能避免氧化烯烃与空气的混合物所产生的爆炸性和对人体危害性的工艺规程设计(即在密闭的容器中充氮的措施。
(2)性状和用途 由于引入了羟烷基而增加了淀粉的亲水性,糊化温度下降,通过加热可形成分散的分子并溶解。广泛用于食品工业。此外,还用作纸板粘结剂、造纸工业内部添加剂和表面上胶剂、纤维工业的印染上浆和造纸用涂料等。特别是目前国外已利用酸浸、氧化、焙烧等处理方法产生改性的羟甲基淀粉,已经引起人们极大兴趣的新用途是作为血浆增量剂和红血球的保温剂。