淀粉磷酸酯物化性質(zhì)

[db:作者] / 2023-01-06 00:00

淀粉磷酸酯

[結(jié)構(gòu)式]

磷酸酯淀粉是淀粉與磷酸鹽發(fā)生酯化反應(yīng)生成的一種淀粉衍生物，磷酸為三價(jià)酸，能與淀粉分子中的三個(gè)羥基反應(yīng)生成磷酸一酯、二酯和三酯，淀粉磷酸單酯是工業(yè)，上應(yīng)用最廣泛的磷酸酯淀粉，其分子結(jié)構(gòu)如下。

[物化性質(zhì)]磷酸酯淀粉是一種陰離子高分子電解質(zhì)，帶負(fù)電荷。白色至淡黃色粉末，幾乎無(wú)臭，溶于熱水，不溶于乙醇、丙酮、苯等有機(jī)溶劑。由淀粉與各種無(wú)機(jī)磷酸鹽或有機(jī)含磷試劑反應(yīng)制得。不同的工藝條件，可制成不同取代度的淀粉磷酸酯。經(jīng)磷酸酯化的淀粉在外形上類(lèi)似天然淀粉，但有良好的冷水分散性，糊化溫度50～60℃，其糊液的透明性、穩(wěn)定性較淀粉有明顯提高，陰離子性明顯增加。4%糊液pH值為6.25℃時(shí)黏度值為0.05Pa.s。

不同取代度的磷酸酯淀粉其性能也不同。

[制備方法](1)制備方法

磷酸酯淀粉的制備方法有干法、濕法和半干法三種。

①濕法工藝

磷酸酯淀粉的濕法生產(chǎn)工藝是指反應(yīng)在液相條件下進(jìn)行的，其工藝流程如圖5-2所示。

圖5-2 磷酸酯淀粉濕法合成工藝流程

濕法生產(chǎn)工藝比較成熟，現(xiàn)在國(guó)內(nèi)外大部分工廠都是用濕法工藝生產(chǎn)。但必須消耗大量的水，而且需要對(duì)產(chǎn)生的廢水進(jìn)行處理。濕法工藝的優(yōu)點(diǎn)是試劑與淀粉混合均勻度好，產(chǎn)品質(zhì)量好，缺點(diǎn)是收率低，生產(chǎn)流程長(zhǎng)，生產(chǎn)過(guò)程廢水多，設(shè)備投資大等。

②干法工藝

干法工藝是指反應(yīng)在固相條件下進(jìn)行的。其工藝流程如圖5-3所示。

圖5-3 磷酸酯淀粉干法合成工藝流程

干法比較適合工業(yè)化生產(chǎn)，反應(yīng)效率高、速度快、不產(chǎn)生廢水、周期短。但目前國(guó)內(nèi)干法生產(chǎn)工藝落后，特別是反應(yīng)器不過(guò)關(guān)，淀粉和磷酸鹽溶液很難混合均勻，產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定。但由于投資少、能耗低、生產(chǎn)周期短等優(yōu)點(diǎn)，因此具有一定的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。

③半干法工藝

半干法工藝是指淀粉和磷酸鹽的混合是在液相中進(jìn)行，但反應(yīng)是在固相中進(jìn)行的一種方法。工藝流程如圖5-4所示。

圖5-4 磷酸酯淀粉半干法合成工藝流程

半干法設(shè)備要求不高，而且混合是在液相中進(jìn)行的，只需普通的電動(dòng)攪拌器即可，適合在實(shí)驗(yàn)室中制備。

(2)制備實(shí)例

單磷酸單酯通常用干法生產(chǎn)，將磷酸氫鈉鹽溶液與尿素在水中溶解并混勻，以噴霧形式加入到不斷翻動(dòng)的淀粉體中，待攪拌均勻，靜止片刻，然后在40～50℃下將物料干燥，再升溫至110～140℃，反應(yīng)1～4h，即可制得淀粉磷酸單酯。在反應(yīng)中添加的尿素具有催化作用，有研究表明，在反應(yīng)過(guò)程中尿素與淀粉結(jié)構(gòu)，反應(yīng)的活性部位在尿素的氨基上，磷酸鹽一部分酯化到淀粉羥基上的同時(shí)，又將與淀粉結(jié)合的尿素取代下來(lái)，從而擴(kuò)大了磷酸基取代的位置，提高了磷酸基的取代度。在磷酸單酯改性淀粉生產(chǎn)中，所采用的磷酸鹽酯化劑有正磷酸鹽、三聚磷酸鈉、偏磷酸鹽和有機(jī)磷酸化劑，不同酸化劑使用比例方法不同，所得酯化產(chǎn)物的取代度也有一定的差異。如果采用一定比例磷酸二氫鈉、磷酸氫二鈉混合作酯化劑，尿素作催化劑，在一定pH值下，使酯化劑在淀粉中充分滲透后，在110～160℃溫度下進(jìn)行高溫酯化反應(yīng)，可獲得0.012取代度的單磷酸酯淀粉。另外，隨著擠壓技術(shù)的發(fā)展，螺桿擠壓機(jī)也可作為酯化反應(yīng)器。但由于物料在擠壓器中反應(yīng)時(shí)間較短，選擇合理酯化劑和催化劑及合理的擠壓條件是制備理想磷酸酯淀粉的關(guān)鍵因素。

雙酯型磷酸淀粉也是淀粉分子上兩個(gè)羥基發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)的產(chǎn)物，大多采用濕法生產(chǎn)。在堿性水懸浮液中使淀粉與氯氧化磷、磷酸、三偏磷酸鹽、六偏磷酸鹽反應(yīng)便可制得該類(lèi)產(chǎn)品，氯氧化磷在常溫下反應(yīng)，而三偏磷酸鹽需在pH=10以上加熱條件下進(jìn)行反應(yīng)。

[技術(shù)指標(biāo)]企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)

[應(yīng)用]磷酸酯淀粉是一種用途廣泛的淀粉衍生物，它的種種特性為其開(kāi)辟了廣闊的前景。在水處理中可作為緩蝕阻垢劑、絮凝劑。在食品領(lǐng)域中主要用途是作為乳化劑和增稠劑，適用于不同食品加工的應(yīng)用。應(yīng)用于紡織工業(yè)上漿、印染和織物整理，效果比原淀粉好且用量省。同時(shí)磷酸酯淀粉還可用于選礦礦砂沉降劑，鑄造業(yè)中的砂芯膠黏劑。

①作為阻垢劑在水中加入少量的磷酸酯淀粉有抵制或防止積垢生成的效果。當(dāng)磷酸酯淀粉加入水中的量為10mg/L時(shí)，就能防止或抑制鍋垢的形成。同樣，在含2～5.5g/L硫酸鈣的海水中加入5～50mg/L的磷酸酯淀粉，就能阻止硫酸鈣溶液的形成，從而能夠分離出高純度的食鹽。

②絮凝劑磷酸酯淀粉是一種陰離子淀粉，可用作絮凝劑。有學(xué)者用磷酸酯淀粉處理廢紙脫墨廢水和精細(xì)化工廠的廢水，收到了很好的效果。

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