Способ получения водорастворимого модифицированного крахмала

 

Использование: в качестве добавок, повышающих прочностные свойства бумаги и картона, изготовленных из древесной массы, макулатуры и целлюлозы, в текстильной и пищевой отраслях промышленности. Сущность изобретения: крахмал предварительно обрабатывают мочевиной (4 - 5 ч, 80 - 90^oС), охлажденный продукт смешивают с водным раствором перекиси водорода, смесь выдерживают 1 ч при 70^oС и охлаждают, полученный продукт обрабатывают фосфорилирующим агентом при 150 - 165^oС в течение 15 - 180 мин. Мольное соотношение крахмал : мочевина : перекись водорода : фосфорилирующий агент 1 : (0,026 - 0,419) : (0,001 - 0,046) : (0,026 - 0,32). Фосфорилирующий агент - калиевые или натриевые соли фосфорной кислоты. 2 табл.

Изобретение относится к химической технологии, конкретно к способу получения растворимого окисленного фосфорилированного крахмала, применяемого в качестве добавок, повышающих прочностные свойства бумаги и картона, изготовленных из древесной массы, макулатуры и целлюлозы. Модифицированный крахмал широко используется в текстильной и пищевой отраслях промышленности и других областях народного хозяйства.

Известен способ получения растворимых крахмалофосфатов (1), заключающийся в том, что в отдельном резервуаре готовят раствор фосфатов щелочных металлов (8-10% от веса крахмала) и нагревают его до 60-66^оС. В смеситель одновременно вводят водную суспензию крахмала (30-45^оС) и приготовленный, нагретый раствор фосфатов. В смесителе продукты подвергаются гомогенизации. Из смесителя массу подают в подогреватель, где продукт нагревают до 43-88^оС. После смесителя смесь подают в пневматическую сушилку, где ее влажность снижается до 20% затем в аппаратах непрерывного действия ее нагревают до 149-204^оС. При этой температуре происходит реакция между фосфатами и крахмалом и образуется частично растворимый продукт.

Недостатки способа: сложная технологическая схема получения; применение дорогостоящего, громоздкого оборудования для хранения подогретых растворов фосфатов; наличие аппаратов для перемешивания, оснащенных ротором с радиальными лопастями; использование испарителей.

Наиболее близким к предлагаемому является способ получения раствоpимого крахмала, включающий обработку крахмала фосфорным ангидридом при массовом соотношении 1,0:0,2-1,0 соответственно при 70-100^оС в течение 2 ч, охлаждение смеси, добавление к полученному продукту воды и выливание слоем в 0,5-3,0 мм на разогретую металлическую или тефлоновую поверхность, нагретую до 175-200^оС, до полного удаления воды. Получают растворимый при комнатной температуре крахмал.

Недостатки способа: сложная технологическая схема; использование для фосфорилирования фосфорного ангидрида требует сухой атмосферы, энергичное перемешивание; использование водной суспензии крахмала; сушка крахмала при высокой температуре; получаемый продукт обладает низкой вязкостью.

Целью изобретения является упрощение процесса, повышение вязкости раствора получаемого крахмала.

Цель достигается способом получения водорастворимого модифицированного крахмала, включающим обработку крахмала фосфорилирующим агентом при нагревании, в котором в качестве фосфорилирующего агента используют калиевые или натриевые соли фосфорной кислоты, при этом крахмал предварительно обрабатывают мочевиной в течение 4-5 ч при 80-90^оС, затем охлажденный продукт смешивают с водным раствором перекиси водорода, смесь выдерживают 1 ч при 70^оС и охлаждают, а обработке фосфорилирующим агентом подвергают полученный продукт при 150-165^оС в течение 15-180 мин, причем мольное соотношение компонентов крахмал: мочевина:перекись водорода:фосфорилирующий агент выбирают в диапазонах 1:(0,026-0,419):(0,001-0,046):(0,026-0,32).

Способ осуществляют следующим образом.

К сухому крахмалу (кукурузному, картофельному, пшеничному) при перемешивании прибавляют мочевину, смесь нагревают 4,5-5 ч при 80-90^оС, затем охлаждают до комнатной температуры. Полученный продукт обрабатывают перекисью водорода, тщательно перемешивают, нагревают в течение 1 ч при 70^оС. К охлажденному до комнатной температуры продукту добавляют фосфоpилирующий агент (КН₂РО₄, Na₃PO₄, NaH₂PO₄ или другие соли фосфорной кислоты) и выдерживают в течение 15-180 мин при 150-165^оС.

Предлагаемый способ выгодно отличается от известного способа тем, что применяется мягкий фосфорилирующий агент, процесс проводят в сухом виде, в одном аппарате без выгрузки. Обработка крахмала осуществляется при более низкой температуре.

П р и м е р 1. В реактор загружают 100 г (0,63 моля) кукурузного крахмала и при перемешивании добавляют 1 г (0,016 моля) мочевины. Смесь нагревают 5 ч при 80^оС и охлаждают до комнатной температуры. К 100 г данного продукта прибавляют 20 мл 1%-ной перекиси водорода (0,006 моля) и перемешивают 15-20 мин. После этого продукт выдерживают 1 ч при 70^оС и охлаждают. К охлажденному продукту прибавляют 2,25 г (0,016 моля) КН₂РО₄ при перемешивании и нагревают при 150^оС 3 ч. Получают растворимый в холодной воде продукт. Выход продукта 95,6 г (95% ). Вязкость 1% р-ра 5 пас/с. Содержание связанного фосфора 0,45% П р и м е р 2. В реактор загружают 100 г (0,62 моля) кукурузного крахмала и при перемешивании добавляют 2 г (0,03 моля) мочевины. Смесь выдерживают при 80^оС в течение 4 ч и затем охлаждают до комнатной температуры. К 100 г продукта прибавляют 20 мл 1%-ной перекиси водорода (0,006 моля) и перемешивают 15-20 мин. После этого окисленный продукт нагревают 1 ч при 70^оС и охлаждают до комнатной температуры. К окисленному продукту при перемешивании добавляют 5 г (0,036 молей) КН₂РО₄ и нагревают при 165^оС 2 ч. Продукт охлаждают. Выход 93 г (93%). Вязкость 1%-ного раствора 8 пас/с. Содержание связанного фосфора 1,13% П р и м е р 3. 25 г (0,15 моля) картофельного крахмала помещают в реактор, добавляют 1 г (0,016 моля) мочевины и нагревают смесь при перемешивании 4 ч при 80^оС. Продукт охлаждают до комнатной температуры, добавляют 5 мл 1% -ной перекиси водорода (0,006 моля) и перемешивают 15-20 мин. Затем смесь нагревают при 70^оС 1 ч, охлаждают до комнатной температуры и к смеси добавляют 2,25 г (0,016 моля) КН₂РО₄. Смесь нагревают при 165^оС в течение 20 мин. Выход 24,0 г (96%). Вязкость 1%-ного раствора 10 пас/сек. Содержание связанного фосфора 2,01% П р и м е р 4. 250 г (1,5 моль) картофельного крахмала помещают в реактор, добавляют 20 г мочевины (0,3 моля) и выдерживают смесь 4,5 ч при 85^оС. Смесь охлаждают, добавляют 50 мл 1%-ной перекиси водорода (0,014 моля), смесь перемешивают, затем нагревают до 70^оС и выдерживают 1 ч. К охлажденной смеси добавляют 37,5 г (0,3 моля) КН₂РО₄ и греют 20 мин при 165^оС. Выход 240 г (96%). Вязкость 1%-ного раствора 15 пас/с. Содержание связанного фосфора 3,04% П р и м е р 5. 1000 г (6,2 моля) кукурузного крахмала смешивают в реакторе со 100 г (1,6 моля) мочевины и греют в течение 4,5 ч при 85^оС. После охлаждения смеси до комнатной температуры добавляют 200 мл 1%-ной перекиси водорода (0,06 моля). Смесь нагревают 1 ч при 70^оС. К охлажденной до комнатной температуры смеси прибавляют 300 г (2 моля) КН₂РО₄ и нагревают 20 мин при 165^оС. Выход 970 г (96%). Вязкость 1%-ного раствора 25 пас/с. Содержание связанного фосфора 6% П р и м е р 6. 100 г (0,62 моля) кукурузного крахмала помещают в реактор, добавляют 16 г (0,26 моля) мочевины и нагревают 4,5 ч при 90^оС. Смесь охлаждают, добавляют 20 мл 1%-ной перекиси водорода (0,006 моля). Окисленный продукт нагревают 1 ч при 70^оС, охлаждают до комнатной температуры. К смеси прибавляют 15 г (0,1 моля) КН₂РО₄ и греют 20 мин при 165^оС. Выход 95 г (95% ). Вязкость 1%-ного раствора 20 пас/с. Содержание связанного фосфора 3,1% П р и м е р 7. В реактор загружают 1000 г (6,2 моля) картофельного крахмала и добавляют 80 г (1,3 моля) мочевины, греют 4 ч при 85^оС. К охлажденному до комнатной температуры продукту добавляют 200 мл 2%-ной перекиси водорода (0,1 моль) при перемешивании и греют 1 ч при 70^оС. К охлажденному продукту прибавляют 150 г (1,1 моля) КН₂РО₄ и нагревают 15 мин при 165^оС. Выход 900 г (90%). Вязкость 1%-ного раствора 18 пас/с. Содержание связанного фосфора 3,2% П р и м е р 8. В реактор помещают 1000 г (6,2 моля) крахмала и 80 г (1,3 моля) мочевины, нагревают в течение 4,5 ч при 80^оС. К охлажденному продукту добавляют 200 мл 3% -ной перекиси водорода (0,2 моля) и нагревают 1 ч при 70^оС, охлаждают. Затем добавляют 150 г (1,1 моля) КН₂РО₄, нагревают 20 мин при 160^оС. Выход 960 г (96%). Вязкость 1%-ного раствора 17 пас/с. Содержание связанного фосфора 3% П р и м е р 9. 100 г (0,62 моля) картофельного крахмала смешивают с 8 г (0,1 моля) мочевины и нагревают 4 ч при 85^оС. Продукт охлаждают и добавляют 20 мл 4%-ной перекиси водорода (0,023 моля). Нагревают 1 ч при 70^оС. К охлажденному продукту прибавляют 15 г (0,1 моля) КН₂РО₄ и нагревают 20 мин при 165^оС. Выход 95 г (97%). Вязкость 1%-ного раствора 16 пас/с. Содержание фосфора 3,3% П р и м е р 10. 25 г (0,15 моля) картофельного крахмала помещают в реактор, добавляют 2 г (0,03 моля) мочевины, нагревают при перемешивании 4 ч при 90^оС. Продукт охлаждают и добавляют 5 мл 5%-ной перекиси водорода (0,007 моля). Нагревают 1 ч при 70^оС. К охлажденному продукту добавляют 4 ч (0,03 моля) КН₂РО₄ и нагревают 15 мин при 165^оС. Выход 24 г (96%). Вязкость 1%-ного раствора 16 пас/с. Содержание связанного фосфора 3,3%
П р и м е р 11. 1000 г (6,2 моля) картофельного крахмала смешивают с 80 г (1,3 молями) мочевины, нагревают смесь до 85^оС и выдерживают 4,5 ч, охлаждают. К охлажденному продукту добавляют 200 мл 3%-ной (0,2 моля) перекиси водорода, перемешивают, нагревают 1 ч при 70^оС. Смесь снова охлаждают и добавляют 12 г (0,07 моля) Na₃PO₄, греют 20 мин при 165^оС. Выход 950 г (95%). Содержание связанного фосфора 2,8% Вязкость 1%-ного раствора 12 пас/с.

П р и м е р 12. 10 г (0,062 моля) кукурузного крахмала смешивают с 0,8 г (0,013 моля) мочевины, нагревают 5 ч при 90^оС, охлаждают. Добавляют при перемешивании 2 мл 4%-ной (0,002 моля) перекиси водорода и выдерживают смесь в течение 1 ч при 70^оС. К охлажденному продукту добавляют 1,45 г (0,01 моля) Na₂НPO₄ и прогревают 15 мин при 165^оС. Выход 9,3 г (93%). Вязкость 1%-ного раствора 13,8 пас/с. Содержание связанного фосфора 3,1%
Данные о мольном соотношении всех реагентов представлены в табл. 1, а характеристики полученного продукта приведены в табл. 2. По сравнению с известным способом получения раствоpимых фосфорилированных крахмалов предлагаемый способ позволяет получать растворимые в воде продукты без уменьшения степени фосфорилирования, но с повышенной вязкостью его растворов.

Получение растворимых окисленно-фосфорилированных крахмалов дает возможность значительно упростить их дальнейшую переработку в готовые изделия бумагу, картон, а также расширить области их применения в народном хозяйстве.

Формула изобретения

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ВОДОРАСТВОРИМОГО МОДИФИЦИРОВАННОГО КРАХМАЛА, включающий обработку крахмала фосфорилирующим агентом при нагревании, отличающийся тем, что в качестве фосфорилирующего агента используют калиевые или натриевые соли фосфорной кислоты, при этом крахмал предварительно обрабатывают мочевиной в течение 4 - 5 ч при 80 - 90^oС, затем охлажденный продукт смешивают с водным раствором перекиси водорода, смесь выдерживают 1 ч при 70^oС и охлаждают, а обработке фосфорилирующим агентом подвергают полученный продукт при 150 - 165^oС в течение 15 - 180 мин, причем молярное соотношение компонентов крахмал : мочевина : перекись водорода : фосфорилирующий агент выбирают в диапазонах 1 : (0,026 - 0,419) : (0,001 - 0,046) : (0,026 - 0,32).

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2