阳离子淀粉自转化工艺研究开题报告

1. 研究目的与意义

淀粉是一种来源丰富且可再生的天然高分子碳水化合物，存在于植物的种子、果实、茎和根块中，是植物能量储存的形式之一。淀粉和纤维都是主要由葡萄糖单元组成，相互间具有良好的亲和性，是造纸工业最古老的助剂之一。它既可以作为增强剂，提高纸张的抗张强度、耐破度和耐折度等，又可以作为表面施胶剂，增加纸面纤维内结合力和表面强度，改善印刷性能，还能提高细小组分的留着率。但淀粉原粉容易使浆料的粘度过高、流动性差、容易凝聚等缺点，且使用效果并不是很显著。为了适应现代造纸的需求，常常需要对淀粉原粉进行改性。目前，造纸工业大多使用的是改性淀粉，常用的有氧化淀粉、阴离子淀粉、阳离子淀粉、磷酸酯淀粉和双醛淀粉。阳离子淀粉具有增强和助留助滤的作用，且分散性好、留着率高，因此是用于纸张生产的主要改性淀粉之一。所谓阳离子淀粉，就是利用淀粉分子中的羟基与各种含卤基或环氧基的有机胺类化合物进行醚化反应，生成一种带正电荷的含有胺基和铵基的醚衍生物。阳离子淀粉的种类很多，目前在造纸应用较多的是叔胺型和季胺型阳离子淀粉。阳离子淀粉带有阳离子基团，在水中会电离，生成带正电荷的淀粉复杂化合物和带负电荷的离子，如下式所示：阳离子淀粉本身带正电荷，能吸附在带负电荷的纤维、填料、颜料等上面，生成电化学键，从而提高纸张强度，在造纸工业常用作增强剂、表面施胶剂、涂布胶黏剂等。

阳离子淀粉的主要优点有：①能改善纸张的耐破度、抗张强度和耐折度，提高纸张质量；②对带负电荷的细小组分吸附能力很强且不可逆，能够提高填料的留着率，从而降低生成成本；③能提高硫酸铝的留着率，改善纸张的施胶度；④可以改善纸料的滤水性能，提高纸机车速，从而提高生产效率；⑤可以减少造纸白水中的有机物含量，降低白水的bod负荷，有益于保护环境；⑥可以用作胶乳、中性施胶剂的分散剂以及稳定剂，提高中性施胶的效果。

由于造纸厂白水系统的高度封闭化、中性抄纸的不断发展,以及阳离子淀粉用作浆料的助留剂、助滤剂及纸张的增强剂价钱便宜、效果好,对提高产品质量降低成本有较大的作用。因此，对阳离子淀粉的需求愈来愈迫切。在阳离子淀粉中,由于季胺盐阳离子淀粉抄纸ph值可由酸性到碱性，比叔铵型阳离子淀粉定着性大,所以用于造纸的阳离子淀粉一般都采用季胺盐型阳离子淀粉。

2. 国内外研究现状分析

淀粉科学技术发展很快,工业生产的原淀粉经进一步加工而成的变性淀粉，具有更优良的性质。其种类繁多，其中阳离子淀粉是最重要的变性淀粉之一。

早在1930年前后对阳离子淀粉的合成已有报道，1952年见到实用的报告，1955年开始了工业规模生产。其后，数量和品种迅速增长，现在已逐渐向具有各种独特性能的两性淀粉或复合型淀粉发展，进一步开拓了阳离子淀粉的实用价值。阳离离子淀粉是淀粉与阳离子剂反应制得的。阳离子淀粉是天然淀粉经物理化学等方法处理后，改变了淀粉分子中的d-吡喃葡萄糖单元的化学结构，从而改变了天然淀粉的物理化学性质的一种变性淀粉。其外观与天然淀粉基本无异，但与天然淀粉相比却有很多优点，适用范围更广，糊液的粘度、透明度、稳定性明显提高。目前阳离子淀粉已应用于水处理、造纸、纺织、印染、油田、采矿、化妆品等行业，在废水处理方向作为水处理絮凝剂有着重要应用。阳离子淀粉絮凝剂属于天然改性高分子类絮凝剂，是一种环境友好的、可生物降解的、无毒、高效的优质絮凝剂，已成为国内外水处理研究学者研究和开发的热点领域。阳离子淀粉品种繁多，大致可分为四大类：叔胺烷基醚；嗡类淀粉醚；伯或仲胺烷基醚；杂类。目前新的阳离子淀粉醚仍在继续发展，但叔胺烷基醚和季胺烷基醚是主要的商品淀粉。尤其是季胺烷基醚是叔胺烷基醚发展起来的，各方面的性能均优于叔胺烷基醚淀粉，很有发展前途。季胺烷基醚淀粉，无论在酸性还是碱性条件下均呈阳离子性,，且在广泛的范围内均可使用，十分适用于中、碱性条件下抄纸，深受纸厂的欢迎，尤其是随着中性造纸的发展，季胺淀粉醚有了迅速的发展，其中特别是由带环氧的阳离子剂制备的阳离子淀粉，由于其工艺简单、成本较低、发展更为普遍和迅速,已成为重要的阳离子淀粉。

阳离子淀粉的生产方法主要有干法和湿法两种。干法反应时间短，效率高，但对设备结构要求严，一般厂家难以达到。湿法反应时间长，但设备简单，产品纯度高，被国内大部分生产厂家所采用。

3. 研究的基本内容与计划

研究内容：

主要研究为不同因素对于阳离子淀粉成品品质的影响，研究转化时间/转化温度/转化剂用量/ph等因素对于阳离子淀粉品质的影响。

研究计划：

4. 研究创新点

这个研究课题对于纸厂来讲，我们要追踪性价比，以最低的成本开发出能够工业化可以实现的产品。