CN101190950B - 含有酯基链取代基的变性淀粉及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种含有酯基链取代基的变性淀粉及其制备方法。本发明的变性淀粉具有4～10个碳原子的酯基链取代基和淀粉，是由本发明的方法制备而成。在本发明的方法中，含有酯基链取代基通过醚化反应共价结合到淀粉上，用含有上述碳原子的酯基链取代基对根或块茎淀粉或它们的衍生物进行醚化，所述的醚化在表面活性剂的作用下进行，而且淀粉的醚化在水中的悬浮液中进行，由此制备所得的作为纺织经纱上浆材料的变性淀粉，对疏水性纤维具有较强粘结力、浆膜柔韧和糊液冷热稳定的特性。本发明的产品质量稳定，生产技术可靠，所制备的变性淀粉耐屈曲性好，浆纱有利于织造，可广泛应用于纺织行业中。
Description
一、技术领域
本发明涉及一种纺织经纱上浆材料及其制备方法。
二、背景技术
目前，应用于纺织行业中的淀粉是纺织经纱上浆材料之一。淀粉是自然界中存在最广泛的天然高分子材料，它是葡萄糖的聚合物，其中，葡萄糖单元通过甙键相互连接。葡萄糖链可以是直链的，即为直链淀粉；或支链的，即为支链淀粉。天然淀粉则是直链淀粉和支链淀粉的混合物。
淀粉的上浆性能是基于其大量的羟基，他们能够形成氢键。在水溶液中，它们与水分子形成氢键。纱线吸收淀粉溶液，在干燥过程中，水分子被除去，一方面，在纱线内部，淀粉和纤维分子中的羟基形成氢键，从而纤维被粘结在一起，强力得到提高；另一方面，表面的淀粉分子之间形成氢键，从而在纱线表面形成一层光滑的皮膜，增加了纱线的耐磨性能，纱线毛羽也被帖服在条干上，有利于在布机上的织造。
然而，淀粉在冷水中不可溶。当加热淀粉和水的混合物时，淀粉逐渐膨胀并形成粘稠糊液。不断加热淀粉糊液，淀粉会发生降解，粘度下降，粘结性能下降。较浓的淀粉糊液在冷却时有退减的趋势，即易形成凝胶，失去流动性，这对经纱上浆是不利的。淀粉糊液的退减趋势是由直链淀粉引起的，因为直链淀粉容易互相靠拢，平行排列，彼此以氢键相互结合，重新组成混合微晶束。
这种天然淀粉中仅含有羟基活性基团，因此对疏水性纤维的粘结力较差，所以在对疏水性纤维及混纺纱上浆中，其粘结力显得不足。而且，天然淀粉大分子柔顺性很差，分子间氢键作用较强，导致其浆膜柔韧性和耐屈曲性很差，从而对纱线的减伸较大，浆纱的耐屈曲性也较差，不利于织造。
三、发明内容
本发明旨在通过含有酯基链取代基的变性淀粉的制备方法，提供一种对疏水性纤维具有较强粘结力、浆膜柔韧，且容易经纱上浆的变性淀粉，以克服现有作为纺织经纱上浆材料之一的天然淀粉存在着对疏水性纤维的粘结力较差，导致在对疏水性纤维及混纺纱上浆中，其粘结力显得不足，且其大分子柔顺性差，分子间氢键作用较强，使其浆膜柔韧性和耐屈曲性也很差，从而不利于纺织经纱上浆的弊端。本发明还有一个目的是通过该方法提供糊液冷热稳定的变性淀粉。
实现本发明目的的技术方案是：
含有酯基链取代基的变性淀粉的制备方法为将含有酯基链取代基通过醚化反应共价结合到淀粉上，用具有4～10个碳原子的酯基链取代基对根或块茎淀粉或它们的衍生物进行醚化，所述醚化在表面活性剂的作用下进行；其中以淀粉的量计，用于醚化的酯基链取代基的用量为1～25％。该制备过程在表面活性剂的作用下进行，而且淀粉的醚化反应在水的悬浮液中进行，不需要昂贵的有 机溶剂，无污染，而且最终产物仍保持颗粒状态。
本发明的方法技术可靠，所制备的变性淀粉耐屈曲性好，浆纱有利于织造，可广泛应用于纺织行业中作为纺织经纱上浆原料。
四、具体实施方式
本发明的变性淀粉具有4～10个碳原子的酯基链取代基和淀粉，是由本发明的方法制备而成。
在本发明的方法中，含有酯基链的取代基通过醚化反应共价结合到淀粉上，用具有4～10个碳原子的酯基链取代基对根或块茎淀粉或它们的衍生物进行醚化，所述的醚化在表面活性剂的作用下进行，而且淀粉的醚化在水的悬浮液中进行，这样，则不需要昂贵的有机溶剂，又无污染，更重要的是其最终产物仍保持颗粒状态。其中，所述的淀粉的衍生物通过氧化、酸解、交联或它们的组合作用而得到。
这里，所述的含有酯基链取代基包含有卤素取代基、环氧取代基或缩水甘油基的脂肪族酯类衍生物之其中的一种或两种或全部，并以此作为反应点。它们具有4～10个碳原子，而优选方案为具有4～7个碳原子。而含有酯基链取代基的反应试剂的合适实例是氯乙酸乙酯、氯乙酸正丙酯、3-氯丙酸乙酯、3-氯-丙酸正丙酯、环氧丁酸乙酯、环氧丁酸正丙酯、乙酸缩水甘油酯、丙酸缩水甘油酯。
在本发明的方法中，淀粉的醚化在水的悬浮液中进行，优先在使用30重量％以上淀粉或其衍生物和70重量％以下水的悬浮液中进行反应。以淀粉的量计，用于醚化的酯基链取代基的用量为1～25％。其中，所述的酯基链取代基为包含有卤素取代基、环氧取代基或缩水甘油基的脂肪族酯类衍生物之其中的一种或两种或全部。
优选地，本发明的方法是在苛性碱催化剂例如碱金属氢氧化物存在下进行。苛性碱催化剂的用量可在基于淀粉干物质的0.1％～15％重量之间变化。
进一步，用于制备本发明的含有酯基链取代基的变性淀粉的反应混合物除了淀粉、水、苛性碱和含有酯基链的反应试剂，还可通过加入一种或多种表面活性剂而促成。合适的表面活性剂的作用是能够有助于使得疏水性的含有酯基链的反应试剂与亲水性淀粉相接触，进而发生化学反应。该反应在对反应混合物进行充分搅拌的情况下进行。所述的合适的表面性剂包括单独的非离子型、阴离子型、阳离子型、两性离子型或他们的混合，只要它们是与前述反应混合物的其它组分相容且它们能够有助于使得疏水性的含有酯基链的反应试剂与亲水性淀粉接触就可以。所述的合适的表面活性剂包括高级脂肪醇硫酸盐，例如具有8～18个碳原子的醇的硫酸钠或硫酸钾；烷基苯氧乙基乙醇，例如辛基苯氧乙基乙醇；烷基三甲基卤化铵，例如十六烷基三甲基溴化铵；分子量400以上的聚乙二醇。优选地，所述的合适的表面活性剂包括支化烷基链、多重烷基链或聚醚。其中表面活性剂用量可在基于淀粉干物质的0.1～10％重量之间变化。也就是说，以淀粉的量计，表面活性剂的用量为0.1～10％。
通过上述方法制得的变性淀粉，粘度适中，而且，能令到淀粉的支链和酯基链取代基的数目增加，从而使得淀粉的支链很难相互靠拢，故其稳定性增大； 同时，正因为在淀粉分子中引入酯基，引入的酯基含有4～10个碳原子，这些酯基对淀粉具有极好的内增塑作用，对疏水性纤维的粘附力也大大增强，冷却时就不会形成凝胶。所以，本发明的变性淀粉浆膜柔韧，耐屈曲性好，浆纱有利于织造，可作为纺织经纱上浆材料。
应用同样的原理，本发明可以使用所有商业化的淀粉及他们的衍生物，在优选的实施方案中，使用马铃薯淀粉及其衍生物。所述的衍生物可以是通过氧化、酸解、交联或它们的组合作用而得到。特别地，使用酸解交联淀粉可以得到粘度适中、热稳定性好的产物，而且有利于提高醚化反应的转化率和效率。由此而制备出糊液冷热稳定的变性淀粉。
下面结合三个具体的实施例再对本发明的原理作描述：
实施例1：100g玉米淀粉分散在200g水中，再加入1g辛醇硫酸钠，搅拌均匀。1.5g氢氧化钠溶于水中，然后慢慢流加到淀粉分散液中，同时迅速搅拌。流加完后，继续搅拌10分钟，然后加入4.5g氯乙酸乙酯，流加的同时进行搅拌。流加完后，缓慢升温至35℃，维持温度35℃，在此搅拌条件下醚化反应6小时，醚化反应后滴加稀盐酸，直至淀粉浆PH降至6.5为止。真空过滤并洗涤，滤饼于60℃烘箱中干燥，粉碎后过100目筛，得到含有酯基链取代基的变性淀粉，含水率13％，取代度为0.05。
实施例2：100g氧化玉米淀粉分散在200g水中，再加入1.5g十六醇硫酸钠，搅拌均匀。0.3g氢氧化钠溶于水中，然后慢慢流加到淀粉分散液中，同时迅速搅拌。流加完后，继续搅拌10分钟，然后加入9g环氧丁酸乙酯，流加的同时进行搅拌。流加完后，缓慢升温至40℃，维持温度40℃，在此搅拌条件下醚化反应6小时，醚化反应后滴加稀盐酸，直至淀粉浆PH降至6.5为止。真空过滤并洗涤，滤饼于60℃烘箱中干燥，粉碎后过100目筛，得到含有酯基链取代基的变性淀粉，含水率13％，取代度为0.1。
实施例3：100g酸解交联马铃薯淀粉分散在200g水中，再加入2g聚乙二醇600，搅拌均匀。0.3g氢氧化钠溶于水中，然后慢慢流加到淀粉分散液中，同时迅速搅拌。流加完后，继续搅拌10分钟，然后加入11g乙酸缩水甘油酯，流加的同时进行搅拌。流加完后，缓慢升温至50℃，温度维持50℃，在此搅拌条件下醚化反应5小时，醚化反应后滴加稀盐酸，直至淀粉浆PH降至6.5为止。真空过滤并洗涤，滤饼于60℃烘箱中干燥，粉碎后过100目筛，得到含有酯基链取代基的变性淀粉，含水率13％，取代度为0.13。
以上所述的仅是本发明的优先实施方式。应当指出，对于本领域普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进，这也视为属于本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种含有酯基链取代基的变性淀粉的制备方法，其特征在于：所述的含有酯基链取代基是通过醚化反应共价结合到淀粉上，用具有4～10个碳原子的酯基链取代基对根或块茎淀粉或它们的衍生物进行醚化，所述醚化在表面活性剂的作用下进行；其中以淀粉的量计，用于醚化的酯基链取代基的用量为1～25％。
2.根据权利要求1所述的一种含有酯基链取代基的变性淀粉的制备方法，其特征在于：所述的淀粉的衍生物是通过氧化、酸解、交联或它们的组合作用而得到。
3.根据权利要求1所述的一种含有酯基链取代基的变性淀粉的制备方法，其特征在于：以淀粉的量计，表面活性剂的用量为0.1～10％。
4.根据权利要求1所述的一种含有酯基链取代基的变性淀粉的制备方法，其特征在于：所述的淀粉的醚化在水的悬浮液中进行。
5.根据权利要求1所述的一种含有酯基链取代基的变性淀粉的制备方法，其特征在于：所述的淀粉的醚化反应在使用30重量％以上淀粉或其衍生物和70重量％以下水的悬浮液中进行。
6.根据权利要求1所述的一种含有酯基链取代基的变性淀粉的制备方法，其特征在于：所述的酯基链取代基为包含有卤素取代基、环氧取代基或缩水甘油基的脂肪族酯类衍生物之其中的一种或两种或全部。
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