滚筒法制备交联羧甲基淀粉及其性能研究
作者：冯 承反击破设备，张燕萍
摘要：研究了用滚筒干燥法快速制备交联羧甲基淀粉的最佳制备工艺，并对产品的相关性能进行了研究。该法制得的交联羧甲基淀粉，其粘度、粘度管式螺旋输送机稳定性、吸水性及抗压保水性能很好。
关键词：交联，羧甲基淀粉，滚筒干燥制砂生产线设备机
Abstract : A method is introduced to quickly prepare cross-linked carboxymethyl starch by drum drying and the properties of the crosZS直线振动筛s-linked starch were studied. The results showed that the product had high viscosity, constant viscosity, water-absorption capacity and good anti-syneresis.
Key words : cross-冲击式制砂机linked; carboxymethyl starch; drum dryer
羧甲基淀粉（CMS）是一种冷水可溶性阴离子淀粉衍生物，具有增稠、乳化、分散、粘结等优良性能。CMS的水溶液初期粘度较高，但溶液不够稳定是另一个主要缺点。因此，考虑将原淀粉进行交联来提高其稳定性。国内外对交联－CMS的制备、性质及应用的研究进行的较多，几乎均是采用溶剂法，反应完成后用溶剂洗涤再烘干。用水法制备交联－羧甲基淀粉，并用滚筒干燥机进一步反应与快速干燥，目前很少见有关资料的报道。溶剂法螺旋喂料机制备产品成本较高，而采用水法反应并用鄂式破碎机滚筒干燥机直接干燥，既简化工艺，又降低成本，因而具有中要的实用与经济价值。滚筒干燥机主要分为单滚筒干燥机和双滚筒干燥机筛分给料机两种，其结构如图1和图2所示。本文对单滚筒干燥机制备交联－羧甲基木薯淀粉的工艺以及产品的粘度、粘度稳定性、吸水性、抗压保水性等性能进行了研究。
&nbs碎石筛分机p;
1．&nbs破碎机器p; 材料与方法
1.1 材料与设大倾角波状挡边输送机备
木薯淀粉 金陵塔制砂机淀粉有限公司提供；氢氧化钠、氯乙酸、盐酸、95％乙醇 均为化学纯工业乙醇；
恒温水浴锅 上往复式提升机海医用仪表厂；单滚筒干燥机 东台市食品机械厂；磁力搅拌器 上海县曹行无线电元件厂；NDJ－1型旋转式粘度计 上海天平仪器厂；800型离心沉淀器 上海手术器械厂。
1.2 制备原理
在碱性条件下，淀粉与一氯乙酸发生双分子亲核取代反应，所得的产物为钠盐，反应的方程式如下：
St-OH+NaOH → St-O-Na+H20
St-ONa+Cl2COOH → St-O-CH2COONa+NaCL+H2O
除上述反应外，还有下列副反应发生：
ClCH2COONa+NaOH → HOCH2COONa+NaCL
1.3工艺流程
通过用木薯原淀粉制备预糊化淀粉确定滚筒干燥机的工作条件。
淀粉加水调浆 → 碱化 → 40％氯乙酸水溶液 → 醚化反应 → 滚筒干燥 → 产品
木薯淀粉调淀粉乳（40％乳液）→ 2％Naoh调乳液PH值为碱性 → 加入三氯氧磷反应 → 用2％HCl中和 → 洗涤 → 干燥
1.4 性质测定
取代度的计算为：
-CH2COONa(% 、干基)＝(V1-V0) ×C×0.081×100/W(1-q)
DS=162×CM/(8100-80×CM)
式中：V1－滴定试样所需氢氧化钠的体积，mL；
V0－滴定原淀粉所需氢氧化钠的体积，mL；
C－氢氧化钠的摩尔质量分数，mol/L；
W－试样的质量，g；
α－样品水分质量分数, % ；
CM-CH2COONa（干基）的质量分数，% 。
吸水性（mL/g）=(100-W1)/W2
保水率＝脱水后凝胶质量/脱水前凝胶质量×100%
2 结果与讨论
2.1 滚筒干燥机工作条件的确定
滚筒干燥机的压力和温度之间存在着一定的关系，为了了解一定压力下的确切温度，用红外测温仪测得了不同压力下的温度，图3是压力和温度的关系图。
通过用木薯原淀粉制备预糊化淀粉确定了滚筒干燥机的工作条件：工作温度为133 ～
2.2 制备条件
由实验得出，交联淀粉的最佳制备条件为淀粉浆质量分数40％（以干淀粉计），三氯氧磷用量0.07％（占干淀粉重），反应温度
CMS的最佳制备条件为淀粉浆质量分数为25％（以干淀粉计），酸碱比例为1：2.0，碱化温度
2.3 粘度的测定
CMS的理论取代度为0.2，交联－CMS的交联剂用量均为0.04％。以上数据均是在淀粉浆质量分数2.5％，室温下测得。由图4可以看出，教练淀粉的精度最低，原淀粉（预糊化淀粉）稍高于交联淀粉，交联－CMS的粘度比交联淀粉和预糊化淀粉要高，粘度最高的是CMS。
2.4 交联－CMS粘度与交联剂用量的关系
用滚筒干燥法制备的CMS及交联－CMS的粘度与用普通干燥方法制备的有所不同，由于同时具有预糊化淀粉的吸水溶胀性能，吸水后分子尺寸增大，溶液粘度增高，再与CMS的高粘度性能相结合，因而一开始便有很高的粘度。由以上讨论可看出，交联淀粉的粘度较CMS低，因而加入交联剂后会相应地降低CMS地粘度。由图5可看出，交联剂用量从0到0.01％下降很快，从0.01％－0.04％这一段阶段的粘度基本趋于稳定，大于0.04％后又开始下降。该图中CMS的理论取代度为0.2，变化交联剂的用量按最佳工艺条件制备交联－CMS。
2.5 交联对CMS粘度稳定性的改善
将淀粉羧甲基化的目的是使淀粉具有冷水可溶性，同时由于-CH2COONa在水中离解后形成St-CH2COO阴离子相互排斥，使淀粉分子吸水后分子尺寸增大，溶液粘度增高。但由于淀粉分子中直链部分的存在，尽管在溶液初期表现出较高的粘度，但直链分子易于从支链分子形成的“网”中脱出，凝沉，致使溶液粘度降低。这就是CMS溶液在室温时不能较长时间保持粘度稳定的原因。而在交联羧甲基淀粉的合成中，引入的交联链使直链分子与支链分了相互形成更大，更稳定的支链分子，或直链分子之间形成支链分子，或是支链分子之间形成更大的分子，这样一方面可使淀粉的平均分子量提高，增加溶液粘度，另一方面也可使溶液中支链分子形成的网络致密化，减少直链分子的脱出，凝沉，从而提高了溶液的粘度稳定性。
从图6中的数据可以看出，原淀粉水溶液的粘度很低，基本上没有增稠、悬浮的作用，更谈不上稳定：单纯羧甲基化的CMS溶液粘度较高，但稳定性差，第2d粘度下降了54.15%，第3d时粘度已降到1000mPa·s以下，这已低于相关产品的粘度应大于1200mPa·s
的要求；而交联CMS的初始粘度不如CMS大，但经过3d后仍维持原粘度，变化不大，可以看出，经过交联复合变性的淀粉在稳定性方面大大强于CMS，与目前相关产品的性能相似。其中交联剂用量为淀粉干基重的0.04%，理论取代度为0.2。
2.6 吸水性和抗压保水性
从图7可见，滚筒干燥法制备的交联-CMS吸水量高于一般方法制备的产品，并且吸水性随着DS的增大而增加。随着产品了取代度的增加，分子上所带的阴电荷增多。由于静电作用使分子间产处排斥，淀粉大分子在水中伸展，使每个羧基都能充分与水接触并产生吸引，从而使其吸水性增强。当分子吸水达到饱和后，其内外的化学势平衡，于是出现了吸水曲线上的极值。
比较原淀粉和不同取代度的交联-CMS的抗压保水性、只有原淀粉（预糊化淀粉）有水析出、其保水率为72.5%。在不同取代度的交联-CMS中没有观察到有水析出，说明交联-CMS的抗压抗压保水性能很好。
2.7 其它性质
在室温下，干燥后的片状产品放6-7个月不变性。取代度低于0.15时，产品吸水膨胀，绝大部分溶解。随着取代度的提高，产品溶解度增加，当取代度达到0.2以上时，产品基本溶解完全。溶液为胶状，均匀，没有颗粒，溶液的透明度很高。
3 结束语
用滚筒法制备交联-CMS大大简化了工艺，缩短了制备时间。同时制备得的交联羧甲基淀粉，其粘度、粘度稳定性、吸水性及抗压保水性能很好。
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