凈水處理劑-陽離子淀粉（一）

陽離子淀粉是眾多水溶性陽離子高分子的一種。我國是一農業大國，原料來源廣，易得，對促進農產品深加工具有重要意義。目前隨著工藝技術的提高，高陽離子度、易溶解陽離子淀粉己開發成功，作為低成本替代產品將會得到大規模的應用，并使其拓展更新領域的應用發揮巨大的作用。

理化性能

陽離子淀粉是帶有正電荷的性質相似的幾種淀粉衍生物的總稱，它包括叔氨烷基淀粉醚、季氨淀粉醚和陽陰兩性淀粉等。陽離子淀粉具有高分散性和溶解性，穩定性高，凝沉性弱。作為帶有叔胺鹽或季銨鹽基團的改性淀粉，取代度（DS)在0.1以上的陽離子淀粉稱高取代度的陽離子淀粉。它具有陽離子表面活性劑的性質，在水中具有較好的溶解性。

白色粉末的陽離子淀粉，溶于水形成穩定的透明溶液，在水中分散時形成泡沬，由液體內部上升集聚在液體表面，1~2h后消失，對固體表面有吸附性。

工藝技術

取代度為0.15~0.25的陽離子淀粉可使污泥脫水，其固體濕度低于70%。陽離子淀粉的合成有漿法、糊法和干法。由于陽離子淀粉的取代越高遇水糊化的溫度越低。漿法只能制取低取代度的陽離子淀粉。糊法可以制取糊狀高取代度的陽離子淀粉，而粉狀高取代度的陽離子淀粉的制取比較困難。

用淀粉與醚化劑反應生成的陽離子淀粉又稱為淀粉醚。其技術處理方法有干法與濕法。季銨型陽離子淀粉使用的陽離子化試劑是由叔胺與氯丁烯或環氧氯丙烷反應而成。叔胺型陽離子淀粉與季按型陽離子淀粉的差別在于使用的陽離子試劑不同，陽離子試劑用的是仲胺，但性能不如季銨鹽。

實驗例如下：

方法1：稱取分析純氫氧化鈉置于500mL^杯中，以水溶解。在冷水浴中放置冷卻后與醚化劑充分混合，反應10min,然后加入100g玉米淀粉，在室溫下攬拌1h。在熱風浴中預干燥至淀粉含水量降至14%左右，壓碎混合均勻，置于一密閉容器中，然后放置到恒溫供箱中反應數小時。取出樣品冷卻后用80%的乙醇溶液洗滌、抽濾到濾液不含氯離子。最后用無水乙醇洗滌、干燥，即得陽離子淀粉。

方法2：將200kg原淀粉投入反應釜，打開攪拌，稱取8kg醚化劑ETA(乙二胺四醋酸），投入反應釜，攪拌10min,噴入2kg乙醇溶液，緩慢通蒸汽，升溫至40~50°C,在此溫度范圍內保溫60分將溫度再緩慢升至70~80°C,保溫90min降溫放料，將產品用粉碎機粉碎后，過篩、計量。

方法3：低取代陽離子淀粉

在250mL三口瓶中加入環氧氯丙烷157mL(2.0mol),冷卻至0°C;在攬拌條件下，1h內通入三甲胺23.6g(0.4mol),常溫下攪拌反應4h;然后過濾、用DMF、丙酮洗滌、真空干燥，得白色固體產品58.5g陽離子化試劑GTA(甘油三醋酸酯），收率為97%。稱取干燥的玉米淀粉9.6g、GTA0.4g—起放入100mL燒杯中。攪拌均勻后放置于恒溫45°C的水浴器中預熱0.5h,接著加入配制好的含0.003gNaOH的水溶液2.5mL,混合攪拌至無結塊，再在45°C恒溫水浴器中反應80min。然后用80%的乙醇洗滌、抽濾至濾液不含氯離子。最后用無水乙醇洗滌、干燥后即得低取代陽離子淀粉。

方法4：高取代陽離子淀粉

稱取干燥的玉米淀粉7.0g、GTA3.0g—起放入100mL燒杯中。攬拌均勻后放置于恒溫90°C水浴器中預熱0.5h,接著加入配制好的含0.06gNaOH的水溶液2.5mL,混合攬拌至無結塊，再在90°C恒溫水浴器中反應160min即可。然后用80%的乙醇洗滌、抽濾至濾液不含氯離子。最后用無水乙醇洗滌、干燥后即得高取代陽離子淀粉。取樣、恒重，測得樣品中氮的質量。

方法5：季銨型陽離子淀粉制備方法大體上可分為三種：有機溶劑法、水溶劑法和干法。有機溶劑法需使用昂貴的有機溶劑，成本高，不安全。水溶劑法不適合制備高取代度產品，對環境有污染。與有機溶劑法和水溶劑法相比，干法具有工藝簡單、反應效率高、環境污染小等很突出的優點。

目前工業上應用的主要是低取代度季銨烷基淀粉醚，而高取代度陽離子淀粉隨著取代度的提高，各方面的應用性能如絮凝、脫色、染料上色率等都有不同程度的增強。

方法1：在裝有攪拌器的筒狀玻璃瓶中，加入5.5g玉米淀粉（水質量分數12.0%)和適量的堿催化劑，室溫下攪拌10min;再加入GTA4.5g,室溫下繼續攬拌1h后，在一定的溫度和時間反應下，得到基本干的白色固品。粗產品用含乙酸的80%乙醇液浸泡后再經過濾、洗滌、干燥得季銨鹽陽離子淀粉。

方法2：為提高反應效率與速率，可以采用半干法制備環氧季銨型陽離子劑，即在反應體系中加入堿催化劑和少量有機或無機溶劑，在60~90°C下反應2h,轉化率為95%。

在燒杯中加入少量氫氧化鈉和適量水，待氫氧化鈉溶解后加入適量淀粉攪拌10min后，加入2mL異丙醇，接著加入GTA攪拌1h。然后在80°C下反應2.5h,得到基本干的固體粗品，用少量乙酸的質量分數為80%的乙醇水溶液浸泡、過濾、洗滌、干燥，即得季銨型陽離子淀粉。

在反應過程中加入少量有機溶劑可以降低水對淀粉的溶解力，防止淀粉的糊化；二可以維持淀粉的膨脹狀態，使陽離子化試劑和堿催化劑均勻地分布在反應體系中，提高反應效率，得到取代基分布均勻的產品。但加入過多，則會改變反應環境，使取代度降低。

在堿催化劑存在下，淀粉與N-(2,3-環氧丙基）三甲基氯化銨的半干法反應中，由于少量溶劑分子的介入，最大限度地抑制了副反應，同時使反應體系的微環境不同于液相反應，造成了反應部位的局部高濃度，提高了反應效率。而加入少量有機溶劑，抑制了水對淀粉的糊化，同時使陽離子化試劑和堿催化劑均勻地分布在反應體系中，得到取代基分布均勻的產品。該方法反應效率高，操作簡便，污染小。當淀粉和GTA用量分別為11:6(質量比）時，最佳反應條件為：反應時間2.5h,反應溫度為90°C,介質條件為：氫氧化鈉用量為控制pH在8~11,異丙醇：水為3:7(體積比），取代度可達0.55以上，反應效率大于94%。