淀粉及其衍生物的疏水化改性研究进展

第36卷第2期

江苏化工

VoI.36No.2

2008年4月

JiangsuChemicalIndustry

Apt.2008

斟搜进展

淀粉及其衍生物的疏才l(化改性研究进展

夏婷婷

(南通纺织职业技术学院,江苏南通226007)

摘要:淀粉及其衍生物通过引入不同的疏水性基团进行疏水化改性,改进了淀粉产品的应用性能,使之具有许多新的独特性能,更好的适应了特定的应用要求。综述了迄今原淀粉和羧甲基淀粉、羟乙基淀粉、阳离子淀粉以及两性淀粉几种不同的水溶性淀粉的疏水化改性方法,以及疏水基团的引入对产品主要性能的影响。介绍了疏水化改性淀粉衍生物在造纸、污水处理、土壤改良、涂料塑料工业等领域的应用和发展前景。关键词:淀粉;水溶性淀粉;疏水化改性;应用中图分类号:TQ316.6+3

文献标识码:A

文章编号:1002—1116(2008)02—0010—05

淀粉是可更新、生物可降解、低成本的生物高分子将疏水基团引入亲水的高分子链上存在较大困多聚物,是典型理想的天然原料,已成为一种丰富的再难,因为在合成过程中很难将极性差别较大的疏水性生性工业原料。原淀粉经化学改性可显著提高其应用反应物与亲水性反应物两者充分混合而使之发生反性能,过去淀粉的化学改性研究主要集中在淀粉结构应。为了提高反应效率通常采用溶剂法代替水媒法,中引入小相对分子质量的亲水基团。近年来,淀粉及或者用均相反应代替非均相反应,以提高疏水基团的其衍生物中引入长链烷基或芳基的疏水化改性研究越引入量。目前也有用干法以及微波干法进行疏水化反来越受到人们的重视。淀粉分子本身是亲水性高分子应的研究一1,大大简化了合成工艺,节约了能源。淀粉链,如果向淀粉分子链骨架上引入具有疏水性质的疏的疏水化改性可分为原淀粉的疏水化改性和水溶性淀水化基团,可使淀粉分子具有“双亲结构”,这是一类粉的疏水化改性。

典型的亲水主干一疏水支链型高分子表面活性剂,具有许多的新的独特性能如显著的增黏性、耐温耐盐性、2淀粉及其衍生物的疏水化改性及性能研究

结构稳定、生物相容性好、乳化、增溶等¨1和广阔的应2.1原淀粉的疏水化改性及性能研究

用前景,可用作表面活性剂口,3】,造纸添加剂[‘】,土壤稳苄基淀粉醚早在1922年就有合成的报道,通常以定剂胪】,食品、化妆品和水基涂料的增稠增黏剂MJ,污苄基氯为原料,在碱存在下向淀粉中引入苄基¨以11】。水处理剂¨1等。

苄基化使淀粉具有疏水性质,降低了淀粉的水溶性、黏1疏水化方法

度以及透明度。低取代度的苄基淀粉黏度及凝胶化温度均较原淀粉有所降低。随着取代度的增大,水溶性目前淀粉疏水化改性的主要方法有物理改性法和大大降低,几乎没有黏度,但同时醇溶性增加。取代度化学反应改性法,化学改性法包括酯化、醚化、接枝¨1超过0.1时苄基的疏水性显著,由于具有疏水性质,苄等方法。用化学法疏水化改性常用的疏水化试剂为含基淀粉能与含油物质形成水性乳液。苄基基团能降低有较高反应活性基团的长链烷烃或芳烃,如环氧化合衍生物的水溶解度,较高取代度的苄基淀粉醚可溶于物、卤化烃、脂肪族酰氯、异氰酸酯、胺类化合物、烯烃、丙酮、乙醇以及芳香烃中。

对甲基苯磺酸、脂肪酸酐类等,一般都含有C。一C篮的淀粉和具有a环氧基的环氧烷烃作用¨2’131,或者烷基或者芳香基团。

与长碳链碘代烷烃醚化¨4|,可得到含有长链烷基的疏

收稿日期:2008-01—2l

作者简介:夏婷婷(198旺),女,江苏南京人,硕士,助教,从事淀粉化学品改性及应用研究。电话:0513—83587275,E—

mail:xiatting@nttee.edu.cn。

万 

方数据

第36卷第2期夏婷婷:淀粉及其衍生物的疏水化改性研究进展

水化淀粉醚,环氧基的反应活性远远高于卤代烃的反应活性。1,2一环氧烷烃在碱催化下与淀粉进行疏水

化反应,见反应式如下:

NaOH,Na2SO,,,H20

140℃椭

该反应烷基的摩尔取代度可达到2.4,效率均在90%以上。烷基碳链的长度对产品性能的影响很大,研究表明随着烷基取代度的增大以及烷基碳链的增长,疏水化效果不断增强。疏水化烷基淀粉在水中不溶但是可溶于甲醇和二氯甲烷。

也可以通过酯化反应向原淀粉中引入疏水基团。淀粉与丙酸酐作用可获得淀粉丙酸酯¨5|,丙酸酯基可增强淀粉与有机高聚物的共混性能。烷基或长链烯基琥珀酸淀粉酯早已为人们所熟悉,长链烯基琥珀酸酐与淀粉悬浮混合在弱碱性的水中进行酯化反应获得淀粉酯u…。淀粉衍生物侧链的羧酸酯基的烯基链的长度与淀粉的取代度最终决定了它们改性后的疏水特性,长碳链(碳原子数8—14)的烯基琥珀酸淀粉酯不仅含有一个疏水的烯基长链,还有一个亲水的羧酸基团,酯化后的淀粉糊化后黏度大且稳定,不易回生形成凝胶或发生絮凝现象,因此可作为增稠剂,并具有一定的乳液稳定性。低取代度的淀粉酯既具备其要求的疏水性能,又更好的保持淀粉改性后的生物降解性能。2.2水溶性淀粉的疏水化改性

许多淀粉改性是通过引入不同的强的亲水基得到水溶性淀粉衍生物,在冷水中水溶性好,具有广泛的应用价值。但是亲水基过强的水合作用有时反而对特定产品的实际应用造成不良影响,通过疏水化改性这类水溶性淀粉,可得到两亲性淀粉,使产品获得更优良的应用性能。按照亲水基的不同可分为阴离子、非离子、阳离子以及两性两亲性淀粉衍生物。文献报道中典型的可疏水化改性的水溶性淀粉有羧甲基淀粉(CMS)、羟乙基淀粉(HES)、季铵盐阳离子淀粉以及两性淀粉。2.2.1引入苄基

通过苄基化可向CMS【171、HES[53和阳离子淀粉‘91中引入疏水基团。以CMS、HES或者阳离子淀粉为原料,在碱的作用下和苄基氯反应使原水溶性淀粉疏水化。或者运用一步反应法制备苄基化阳离子淀粉口3,将淀粉、(3一氯一2一羟丙基)三甲基氯化铵、氯化苄、

万 

方数据氢氧化钠、水和95%乙醇按照一定比例一次性投入压力釜中于95—105oC反应2h,可制得含苄基的阳离子淀粉。苄基的引入改进了CMS的流变特性,增强了HES的吸湿保湿性能,而苄基阳离子淀粉与无机絮凝剂复配后具有更好的絮凝及破乳效果,改善了产品破乳脱水的性能。2.2.2引入长链烷基

用卤代烷烃做疏水化试剂也可以得到较好的疏水改性产品。长链溴代烷烃与一定取代度的羧甲基淀粉作用可制备部分疏水化的羧甲基淀粉瞳’1引,产品具有一定的表面活性和稳定性,并具有一定的乳化性能。使季铵盐阳离子淀粉分别与氯代正丁烷、氯代正戊烷和氯代正辛烷作用一],可得到不同的疏水改性产品。

也可以通过酯化向羧甲基淀粉分子中引入烷基长碳链。文献[19]报道直接在碱性水溶液中以烷基酰卤化合物为反应试剂,进行低温酯化合成羧甲基淀粉酯,碱性水溶液中羧基以阴离子的形式存在,从而不会干扰淀粉羟基的酯化,反应式如下:

NaOOCH2非洲棚H+RCOCI{}

NaOOCH2—m—sb№h—。00CR+HCI

通过酰胺化也可以向羧甲基淀粉中引入疏水基团唧1,反应式如下:

Stareh--OCH2COOH+H2N(CH2)㈣CH矗

HOOccH2—-.)_—.starch—。OcH2c00NH

C16H33

淀粉分子内以及分子间由于引入的烷基之间的弱的相互作用,虽然引入量不是太大,但是改性后的淀粉产品剪切黏度显著增加。化合物I—V是含疏水性基团的阳离子化试剂H’2¨,淀粉在阳离子化的同时疏水化,提高了疏水化的效率。其中R为烷基、芳基或者含有杂原子的烷烃

2.2.3同时亲水疏水化

12

江苏化工2008年4月

或芳烃取代基,可以通过改变R的结构改变淀粉衍生物的溶解性大小。结构Ⅲ和Ⅳ在季铵盐基团和缩水甘油基之间接入了一定长度的碳链和聚氧乙烯链,不同程度地增加了疏水基团的长度,在保持产品水溶性前提下提高了疏水性质。

阳离子化试剂3一氯一2一羟基丙基二甲基十二烷基氯化铵(V)与淀粉反应后,得到的两亲性阳离子淀粉对金属离子的吸附作用增强,比未疏水化的阳离子淀粉具有更强的吸附能力。

ⅧVH她~VWR种RⅥ0

c叫CH}H12:t125

如果先用次氯酸钠氧化淀粉制备羧基淀粉,再以制备的氧化淀粉为原料,接人烷基季铵盐阳离子化试剂(V),可得到疏水化改性的两亲性淀粉陋],见Ⅵ。不仅引入了大量的疏水基团,同时还含有阴离子和阳离子基团,使得该淀粉衍生物具有一定的抗酸碱、抗盐性能,并且具有独特的相态特性,其水溶液冷却后可形成固相或凝胶相,是一种可随温度响应的聚合物。

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3应用

3.1造纸工业

阳离子淀粉主要用于造纸湿部添加剂,可起增强、助留、助滤等作用,改善了纸张的强度同时也导致了最好的滤水性∞]。高取代度阳离子淀粉(DSI>0.05)具有极好的水溶性,制备过程中为了能得到可过滤的颗粒状产品往往需要通过交联或者增加产品的疏水性以降低水溶性。交联往往是不可控制的反应过程甚至使得产物难溶于水,而具有疏水性的阳离子淀粉,由于疏水基团抑制了阳离子基团的活性,一定程度上降低了淀粉的水溶性。因此疏水化的阳离子淀粉具有实际的应用价值,是极其理想的造纸添加剂。3.2高分子表面活性剂

水溶性淀粉经过疏水改性后可降低淀粉产品的表面活性,能够得到具有优良性能的天然高分子表面活性剂。根据引入的疏水性取代基类型、含量以及分布的不同,表面活性有所不同。而且,引入的亲水基不同,其应用也不相同。羧甲基淀粉引入辛基、癸基或十二烷基后表面张力降低n川,具有较好的乳化效果。季铵盐阳离子淀粉接入苄基后具有良好的破乳性能,

已被应用于石油开采中的原油破乳过程"1。3.3土壤改良

土壤改良中常常利用增黏剂保持水土以及抗旱防涝,羟乙基淀粉通过疏水改性后被用作土壤稳定剂,具有比单一的羟乙基淀粉更好的使用效果瞪]。水溶性的淀粉衍生物在去离子水中具有较好的增黏作用,但是在较高温度或盐溶液中其增黏作用被削弱甚至丧失,而通过疏水化改性,可使之在较高温度下的一定浓度无机盐溶液中仍具有很好的增黏性能。原因主要在于疏水亲水基团之间疏水性及缔合的作用形成的可逆空间网架结构受无机盐及时间影响小,抵抗温度的破坏能力强,可显著提高溶液的黏度和保水能力。3.4污水处理

改性淀粉由于无毒,生物可降解而被列为环境友好型水处理剂。羧甲基淀粉、阳离子淀粉等都具有一定的吸附和絮凝性能,可以用于含重金属离子、含油、含染料污水,洗煤污水,造纸废水等工业废水净化处理。通过疏水改性后可显著增强淀粉的吸附絮凝作用n’211,所以疏水改性淀粉及其衍生物在污水处理工业中具有一定的工业应用前景。3.5涂料塑料添加剂

万方数据 

第36卷第2期夏婷婷:淀粉及其衍生物的疏水化改性研究进展13

淀粉疏水改性后其油容性增强,与有机高聚物具有很好的相溶性,可添加到乳胶涂料、水基涂料或塑料中增稠增黏。丙烯酸淀粉酯或苄基淀粉醚和聚氨酯聚醚共混可以得到比原淀粉聚氨酯混合物更好的混合性能,以及更好的界面结合和机械性能Ⅲ’。另外由于淀粉衍生物的生物可降解性,这类天然高分子多聚物的混入促进了聚氨酯的生物降解∞1,加速了在泥土被微生物、CO:、H:0等的降解过程,所以将疏水化淀粉衍生物添加到涂料或塑料中不仅增强了合成聚合物的降解性能,并且降低了成本,合理利用了生物质资源。

4展望

淀粉及其衍生物疏水改性后具有更优良的物理和化学特性,这类研究在国外很早就已经开展,并且在实际应用中也已取得一定成效。但是目前对淀粉的疏水化改性研究还远远不及对纤维素的疏水化改性研究深远,并且我国较国外在这方面的研究起步晚,部分研究还仅仅停留在理论研究阶段,还很少展开实际应用研究,所以进行疏水化改性淀粉研究不仅可以提高我国在改性淀粉研究领域的水平,还可以在实际工业生产中创造实际的应用价值,这类研究具有一定的理论和实际意义。参考文献:

[1]

唐善法,罗亚平.疏水缔合水溶性聚合物的研究进展[J].现代化工,2002。22(3):10—15.[2]HenniW,Deyme

M,StehakovskyM,eta1.Aggregationof

hydrophobicallymodifiedpolysaeearidesinsolutionandat

theair-water

interface[J].Journal

ofcolloidandInter-

facescience,2005,281:316—324.

[3]徐家业,张群正,黎静.一种改善破乳剂脱水效果的方

法:CN,l149

505[P].1997—05—14.

[4]Jouko

Kaki,HendrikLuttikhedde,KarlNurmi,eta1.Type

ofcationicstarchproduct,preparationthereofand

its

iIse:

US,2003177

915[P].2003—09—25.

[5]Weaver

M0,oteyFH.Somestarchderivatives

a8

poten・

timsoilstabilizers—apreliminarystudy[J].starch,1982,

34(1):26—30.[6]GabbanaAdriano.Solid

cleansingcomposition

suitable丛

shavingbarshampoo,andskincleanser:rr,130268929

[P].2000—09—29.[7]

KhalilMohamedI,AlyAmalA.Preparationandevalua—tionof

someanionicstarchderivativeg锄flocculants[J].

Starch,2002,54(3-4):132—139.

[8]SankarPrasadBhuniya,MDSafikurRahman,AnshulJ.

Novel

routeto

synthesisofallylstarch

andbiodegradable

万 

方数据hydrogelby

eopelymerizingallyl—modified

starchwith

methacrylie

acidand

acrylamide[J].Journalofpolymer

science:PartA.Polymerchemistry,2003,41:l650一l658.

[9]龚燕,王遇冬,徐家业.微波法合成新型阳离子淀粉

[J].油田化学,2001,18(1):59-63.[10]Cho

Ki—yul,HmSeung・taik.Preparation

andpropertiesof

benzyl

corn

starches[J].Starch.1998,50:250—257.

[1I]BohrisehJ,VorwergW,Radosta

S.Developmentofhy—

drophobic

starch[J].Starch,2004,56:322-329.

[12]BienF,WiegeB,Warwel

S.Hydrophobiemodification

of

starchby

alkali-catalyzedadditionof

1,2一epoxyalkanes

[J].Starch,2001,53:555-559.[13]Wesslen

B,WesslenB.Synthesis

of姗phiphilic

amy-

loseandstarch

derivatives[J].Carbohydrate

Polymers,

2002,47:303—311.

[14]Breitinger,Hans-georg.Synthesis

andcharacterizationof

2。3-di—O・alkylatedamyloses:Hydrophobiesubstitution

destabilizeshelical

conformation[J].Biopolymem,2003,

69(3):301—310.

[15]SantayanonR,WootthikanokkhanJ.Modificationof

eas.

sava

starchbyusingpropionicanhydrideandpropertiesof

the

starch—blendedpolyesterpolyurethane[J].Carbehy・

&atePolymers,2003,51:17—24.

[16]苏传胜.疏水改性和酸水解淀粉提高ASA施胶效率

[J].国际造纸,2005,24:50—52,61.[17]Abd.II-Thalouth

I,Colom[mL,SehutzR.Preparation

and

characterizationofpolyfunetionalstarchproducts,Part2:

Rheologieal

characterizationofbenzylatedearboxymethyl-

starches[J].Starch,1977,29(5):160—165.[18]Puehov

IS,BratislavaA

E,JenaTH.Emulsifyingagents

based

on

0一(carboxymethyl)starch[J].TemideSuffac—

rants

Detergents,2001,38(5):277—280.

[19]孙云明,刘会峦,陈国华,等.淀粉系列海上溢油凝油剂

的制备与凝油性能[j].海洋科学,2001,25(8):7-41.[20]Bataille,HuguerJ,Muller

G,eta1.Associativebehavior

ofhydrophobieally

modifiedcarboxymethylpulhlanderiv-

atives[J].InternationalJoumalofMacromaolecules,

1997,20:179—191.

[21]Samu

R,MouleeA,KumarVG.Effectofcharge

and

hy・

drophobieity

an

adsorptionof

modified

starch

on

polyester

[J].Starch,1999,51:260—268.[22]Johned

A.Phase

and

gelation

behaviorof

2-hydroxyl-3-

(N,N-dimethyl-N-dodecylammonium)propyloxy

starches

[J].Starch,2003,55:569—575.

[23]张友松.变性淀粉生产与应用[M].北京:中国轻工

业出版社。1999.

14江苏化工2008年4月

[24]C∞Xiaodong.Zhang

Lina.EffectsofmolecularweightOn

abilityofregeneratedcellulosefilmscoatedwithpolyure-

the

miscibility

and

properties

of

polyurethane/benzylthane/natural

polymers

interpenetrating

polymer

networks

starch

senti.interpenetratingpolymer

networks[J].Bio-

[J].Industrial&Engineering

ChemistryResearch,

macromolecules,2005,6:671—677.

1999.38:4284—4289.

[25]Zhang“M。ZhouJinping,HuangJin,et

a1.Biodegrad-

ResearchProgressofHydrophobically

Modified

Starch

andItsDerivatives

XIATing—ting

(Nantong

textilevocationaltechnologycollege,Nantong

226007,China)

Abstract:Hydrophobicallymodifiedstarchanditsderivativeshaveuniquepropertiesandwideapplications.Thispaperreviewsthepreparationofhydrophobicallymodifiedstarchandsomerepresentativewater・-solublestarchde・-rivativessuch

as

carboxymethylstach,hydroxyethylstarch,cationicstarchandamphotericstarch.Italsorepresents

theaffectionstothemainpropertiesofproductscausingbythehydrophobicgroups.Theapplicationsanddevelo-

pingprospectsofstarchcontaininghydrophobicgroupsinpapermaking,wastewatertreatment,soil—improvement,coatingandplastics.and

so

onare

introduced.

Keywords:starch;water・solublestarch;hydrophobicallymodification;application

.^.^.^./-、—^、-^-^.^.^.^.,、/^、.—、,-、r一‘vJ、.,.、^r,‘、./.、^r,‘、r,‘、^,-、一‘、^/.、'/.、一-、,.小r,^、r一‘、.,.、,^v^v^—^、-,-、-一‘、.,^、-,^、—‘、/‘、—^、

(上接第5页)

ProgressofPhosphazeneCatalyst

CHENHual,ZHUXin.ba01,FANGLian.shun2,WANGQing.1i2

,1.Department矿Chemistry,Nanjing210037,China;、

、2.Yangzhou

ChenhuaTechnology

Group,&c咖225803,China

Forestry

Unwersity,Nanfing/

Abstract:ThisarticleintroducedseveralcatalystsofPhosphazeneforring—openingpolymerization,inwhichthesyn-

thesisofphosphazeneandphosphineoxidecatalysts

were

describedindetail.alongwiththeexplanationoftheir

re-

spectivecharacteristics.Thesecatalystscouldbeusedtosynthesizethepolymersovercomingtherelativelysmallmolecularweightdistributionwidthandsaturationhighershortcomings,superiortoKOHcatalyst.ComparedwiththeDMCcatalyst,theyhavetheadvantageofinitializingsmallmolecules,directlyusingethyleneoxidetoblock

ac-

cess

to

primaryhydroxyl,inthepolyetherH—Twithhighselectivity.

Keyword:phosphazene;phosphineoxide;catalyst;polyetherpolyol;ring—openingpolymerization

根据苏新出报[2008]9号“:工苏省新闻出版局关于表彰第六届:工苏优秀期

刊的决定”.《;工苏化工》入选第六届:工苏省优秀期刊井获得奖励证书和奖牌。值此.感谢读者长期以来对《江荞化工》杂志的支持。

《i工苏化工》编辑部

万 

方数据

第36卷第2期

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VoI.36No.2

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淀粉及其衍生物的疏才l(化改性研究进展

夏婷婷

(南通纺织职业技术学院,江苏南通226007)

摘要:淀粉及其衍生物通过引入不同的疏水性基团进行疏水化改性,改进了淀粉产品的应用性能,使之具有许多新的独特性能,更好的适应了特定的应用要求。综述了迄今原淀粉和羧甲基淀粉、羟乙基淀粉、阳离子淀粉以及两性淀粉几种不同的水溶性淀粉的疏水化改性方法,以及疏水基团的引入对产品主要性能的影响。介绍了疏水化改性淀粉衍生物在造纸、污水处理、土壤改良、涂料塑料工业等领域的应用和发展前景。关键词:淀粉;水溶性淀粉;疏水化改性;应用中图分类号:TQ316.6+3

文献标识码:A

文章编号:1002—1116(2008)02—0010—05

淀粉是可更新、生物可降解、低成本的生物高分子将疏水基团引入亲水的高分子链上存在较大困多聚物,是典型理想的天然原料,已成为一种丰富的再难,因为在合成过程中很难将极性差别较大的疏水性生性工业原料。原淀粉经化学改性可显著提高其应用反应物与亲水性反应物两者充分混合而使之发生反性能,过去淀粉的化学改性研究主要集中在淀粉结构应。为了提高反应效率通常采用溶剂法代替水媒法,中引入小相对分子质量的亲水基团。近年来,淀粉及或者用均相反应代替非均相反应,以提高疏水基团的其衍生物中引入长链烷基或芳基的疏水化改性研究越引入量。目前也有用干法以及微波干法进行疏水化反来越受到人们的重视。淀粉分子本身是亲水性高分子应的研究一1,大大简化了合成工艺,节约了能源。淀粉链,如果向淀粉分子链骨架上引入具有疏水性质的疏的疏水化改性可分为原淀粉的疏水化改性和水溶性淀水化基团,可使淀粉分子具有“双亲结构”,这是一类粉的疏水化改性。

典型的亲水主干一疏水支链型高分子表面活性剂,具有许多的新的独特性能如显著的增黏性、耐温耐盐性、2淀粉及其衍生物的疏水化改性及性能研究

结构稳定、生物相容性好、乳化、增溶等¨1和广阔的应2.1原淀粉的疏水化改性及性能研究

用前景,可用作表面活性剂口,3】,造纸添加剂[‘】,土壤稳苄基淀粉醚早在1922年就有合成的报道,通常以定剂胪】,食品、化妆品和水基涂料的增稠增黏剂MJ,污苄基氯为原料,在碱存在下向淀粉中引入苄基¨以11】。水处理剂¨1等。

苄基化使淀粉具有疏水性质,降低了淀粉的水溶性、黏1疏水化方法

度以及透明度。低取代度的苄基淀粉黏度及凝胶化温度均较原淀粉有所降低。随着取代度的增大,水溶性目前淀粉疏水化改性的主要方法有物理改性法和大大降低,几乎没有黏度,但同时醇溶性增加。取代度化学反应改性法,化学改性法包括酯化、醚化、接枝¨1超过0.1时苄基的疏水性显著,由于具有疏水性质,苄等方法。用化学法疏水化改性常用的疏水化试剂为含基淀粉能与含油物质形成水性乳液。苄基基团能降低有较高反应活性基团的长链烷烃或芳烃,如环氧化合衍生物的水溶解度,较高取代度的苄基淀粉醚可溶于物、卤化烃、脂肪族酰氯、异氰酸酯、胺类化合物、烯烃、丙酮、乙醇以及芳香烃中。

对甲基苯磺酸、脂肪酸酐类等,一般都含有C。一C篮的淀粉和具有a环氧基的环氧烷烃作用¨2’131,或者烷基或者芳香基团。

与长碳链碘代烷烃醚化¨4|,可得到含有长链烷基的疏

收稿日期:2008-01—2l

作者简介:夏婷婷(198旺),女,江苏南京人,硕士,助教,从事淀粉化学品改性及应用研究。电话:0513—83587275,E—

mail:xiatting@nttee.edu.cn。

万 

方数据

第36卷第2期夏婷婷:淀粉及其衍生物的疏水化改性研究进展

水化淀粉醚,环氧基的反应活性远远高于卤代烃的反应活性。1,2一环氧烷烃在碱催化下与淀粉进行疏水

化反应,见反应式如下:

NaOH,Na2SO,,,H20

140℃椭

该反应烷基的摩尔取代度可达到2.4,效率均在90%以上。烷基碳链的长度对产品性能的影响很大,研究表明随着烷基取代度的增大以及烷基碳链的增长,疏水化效果不断增强。疏水化烷基淀粉在水中不溶但是可溶于甲醇和二氯甲烷。

也可以通过酯化反应向原淀粉中引入疏水基团。淀粉与丙酸酐作用可获得淀粉丙酸酯¨5|,丙酸酯基可增强淀粉与有机高聚物的共混性能。烷基或长链烯基琥珀酸淀粉酯早已为人们所熟悉,长链烯基琥珀酸酐与淀粉悬浮混合在弱碱性的水中进行酯化反应获得淀粉酯u…。淀粉衍生物侧链的羧酸酯基的烯基链的长度与淀粉的取代度最终决定了它们改性后的疏水特性,长碳链(碳原子数8—14)的烯基琥珀酸淀粉酯不仅含有一个疏水的烯基长链,还有一个亲水的羧酸基团,酯化后的淀粉糊化后黏度大且稳定,不易回生形成凝胶或发生絮凝现象,因此可作为增稠剂,并具有一定的乳液稳定性。低取代度的淀粉酯既具备其要求的疏水性能,又更好的保持淀粉改性后的生物降解性能。2.2水溶性淀粉的疏水化改性

许多淀粉改性是通过引入不同的强的亲水基得到水溶性淀粉衍生物,在冷水中水溶性好,具有广泛的应用价值。但是亲水基过强的水合作用有时反而对特定产品的实际应用造成不良影响,通过疏水化改性这类水溶性淀粉,可得到两亲性淀粉,使产品获得更优良的应用性能。按照亲水基的不同可分为阴离子、非离子、阳离子以及两性两亲性淀粉衍生物。文献报道中典型的可疏水化改性的水溶性淀粉有羧甲基淀粉(CMS)、羟乙基淀粉(HES)、季铵盐阳离子淀粉以及两性淀粉。2.2.1引入苄基

通过苄基化可向CMS【171、HES[53和阳离子淀粉‘91中引入疏水基团。以CMS、HES或者阳离子淀粉为原料,在碱的作用下和苄基氯反应使原水溶性淀粉疏水化。或者运用一步反应法制备苄基化阳离子淀粉口3,将淀粉、(3一氯一2一羟丙基)三甲基氯化铵、氯化苄、

万 

方数据氢氧化钠、水和95%乙醇按照一定比例一次性投入压力釜中于95—105oC反应2h,可制得含苄基的阳离子淀粉。苄基的引入改进了CMS的流变特性,增强了HES的吸湿保湿性能,而苄基阳离子淀粉与无机絮凝剂复配后具有更好的絮凝及破乳效果,改善了产品破乳脱水的性能。2.2.2引入长链烷基

用卤代烷烃做疏水化试剂也可以得到较好的疏水改性产品。长链溴代烷烃与一定取代度的羧甲基淀粉作用可制备部分疏水化的羧甲基淀粉瞳’1引,产品具有一定的表面活性和稳定性,并具有一定的乳化性能。使季铵盐阳离子淀粉分别与氯代正丁烷、氯代正戊烷和氯代正辛烷作用一],可得到不同的疏水改性产品。

也可以通过酯化向羧甲基淀粉分子中引入烷基长碳链。文献[19]报道直接在碱性水溶液中以烷基酰卤化合物为反应试剂,进行低温酯化合成羧甲基淀粉酯,碱性水溶液中羧基以阴离子的形式存在,从而不会干扰淀粉羟基的酯化,反应式如下:

NaOOCH2非洲棚H+RCOCI{}

NaOOCH2—m—sb№h—。00CR+HCI

通过酰胺化也可以向羧甲基淀粉中引入疏水基团唧1,反应式如下:

Stareh--OCH2COOH+H2N(CH2)㈣CH矗

HOOccH2—-.)_—.starch—。OcH2c00NH

C16H33

淀粉分子内以及分子间由于引入的烷基之间的弱的相互作用,虽然引入量不是太大,但是改性后的淀粉产品剪切黏度显著增加。化合物I—V是含疏水性基团的阳离子化试剂H’2¨,淀粉在阳离子化的同时疏水化,提高了疏水化的效率。其中R为烷基、芳基或者含有杂原子的烷烃

2.2.3同时亲水疏水化

12

江苏化工2008年4月

或芳烃取代基,可以通过改变R的结构改变淀粉衍生物的溶解性大小。结构Ⅲ和Ⅳ在季铵盐基团和缩水甘油基之间接入了一定长度的碳链和聚氧乙烯链,不同程度地增加了疏水基团的长度,在保持产品水溶性前提下提高了疏水性质。

阳离子化试剂3一氯一2一羟基丙基二甲基十二烷基氯化铵(V)与淀粉反应后,得到的两亲性阳离子淀粉对金属离子的吸附作用增强,比未疏水化的阳离子淀粉具有更强的吸附能力。

ⅧVH她~VWR种RⅥ0

c叫CH}H12:t125

如果先用次氯酸钠氧化淀粉制备羧基淀粉,再以制备的氧化淀粉为原料,接人烷基季铵盐阳离子化试剂(V),可得到疏水化改性的两亲性淀粉陋],见Ⅵ。不仅引入了大量的疏水基团,同时还含有阴离子和阳离子基团,使得该淀粉衍生物具有一定的抗酸碱、抗盐性能,并且具有独特的相态特性,其水溶液冷却后可形成固相或凝胶相,是一种可随温度响应的聚合物。

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3应用

3.1造纸工业

阳离子淀粉主要用于造纸湿部添加剂,可起增强、助留、助滤等作用,改善了纸张的强度同时也导致了最好的滤水性∞]。高取代度阳离子淀粉(DSI>0.05)具有极好的水溶性,制备过程中为了能得到可过滤的颗粒状产品往往需要通过交联或者增加产品的疏水性以降低水溶性。交联往往是不可控制的反应过程甚至使得产物难溶于水,而具有疏水性的阳离子淀粉,由于疏水基团抑制了阳离子基团的活性,一定程度上降低了淀粉的水溶性。因此疏水化的阳离子淀粉具有实际的应用价值,是极其理想的造纸添加剂。3.2高分子表面活性剂

水溶性淀粉经过疏水改性后可降低淀粉产品的表面活性,能够得到具有优良性能的天然高分子表面活性剂。根据引入的疏水性取代基类型、含量以及分布的不同,表面活性有所不同。而且,引入的亲水基不同,其应用也不相同。羧甲基淀粉引入辛基、癸基或十二烷基后表面张力降低n川,具有较好的乳化效果。季铵盐阳离子淀粉接入苄基后具有良好的破乳性能,

已被应用于石油开采中的原油破乳过程"1。3.3土壤改良

土壤改良中常常利用增黏剂保持水土以及抗旱防涝,羟乙基淀粉通过疏水改性后被用作土壤稳定剂,具有比单一的羟乙基淀粉更好的使用效果瞪]。水溶性的淀粉衍生物在去离子水中具有较好的增黏作用,但是在较高温度或盐溶液中其增黏作用被削弱甚至丧失,而通过疏水化改性,可使之在较高温度下的一定浓度无机盐溶液中仍具有很好的增黏性能。原因主要在于疏水亲水基团之间疏水性及缔合的作用形成的可逆空间网架结构受无机盐及时间影响小,抵抗温度的破坏能力强,可显著提高溶液的黏度和保水能力。3.4污水处理

改性淀粉由于无毒,生物可降解而被列为环境友好型水处理剂。羧甲基淀粉、阳离子淀粉等都具有一定的吸附和絮凝性能,可以用于含重金属离子、含油、含染料污水,洗煤污水,造纸废水等工业废水净化处理。通过疏水改性后可显著增强淀粉的吸附絮凝作用n’211,所以疏水改性淀粉及其衍生物在污水处理工业中具有一定的工业应用前景。3.5涂料塑料添加剂

万方数据 

第36卷第2期夏婷婷:淀粉及其衍生物的疏水化改性研究进展13

淀粉疏水改性后其油容性增强,与有机高聚物具有很好的相溶性,可添加到乳胶涂料、水基涂料或塑料中增稠增黏。丙烯酸淀粉酯或苄基淀粉醚和聚氨酯聚醚共混可以得到比原淀粉聚氨酯混合物更好的混合性能,以及更好的界面结合和机械性能Ⅲ’。另外由于淀粉衍生物的生物可降解性,这类天然高分子多聚物的混入促进了聚氨酯的生物降解∞1,加速了在泥土被微生物、CO:、H:0等的降解过程,所以将疏水化淀粉衍生物添加到涂料或塑料中不仅增强了合成聚合物的降解性能,并且降低了成本,合理利用了生物质资源。

4展望

淀粉及其衍生物疏水改性后具有更优良的物理和化学特性,这类研究在国外很早就已经开展,并且在实际应用中也已取得一定成效。但是目前对淀粉的疏水化改性研究还远远不及对纤维素的疏水化改性研究深远,并且我国较国外在这方面的研究起步晚,部分研究还仅仅停留在理论研究阶段,还很少展开实际应用研究,所以进行疏水化改性淀粉研究不仅可以提高我国在改性淀粉研究领域的水平,还可以在实际工业生产中创造实际的应用价值,这类研究具有一定的理论和实际意义。参考文献:

[1]

唐善法,罗亚平.疏水缔合水溶性聚合物的研究进展[J].现代化工,2002。22(3):10—15.[2]HenniW,Deyme

M,StehakovskyM,eta1.Aggregationof

hydrophobicallymodifiedpolysaeearidesinsolutionandat

theair-water

interface[J].Journal

ofcolloidandInter-

facescience,2005,281:316—324.

[3]徐家业,张群正,黎静.一种改善破乳剂脱水效果的方

法:CN,l149

505[P].1997—05—14.

[4]Jouko

Kaki,HendrikLuttikhedde,KarlNurmi,eta1.Type

ofcationicstarchproduct,preparationthereofand

its

iIse:

US,2003177

915[P].2003—09—25.

[5]Weaver

M0,oteyFH.Somestarchderivatives

a8

poten・

timsoilstabilizers—apreliminarystudy[J].starch,1982,

34(1):26—30.[6]GabbanaAdriano.Solid

cleansingcomposition

suitable丛

shavingbarshampoo,andskincleanser:rr,130268929

[P].2000—09—29.[7]

KhalilMohamedI,AlyAmalA.Preparationandevalua—tionof

someanionicstarchderivativeg锄flocculants[J].

Starch,2002,54(3-4):132—139.

[8]SankarPrasadBhuniya,MDSafikurRahman,AnshulJ.

Novel

routeto

synthesisofallylstarch

andbiodegradable

万 

方数据hydrogelby

eopelymerizingallyl—modified

starchwith

methacrylie

acidand

acrylamide[J].Journalofpolymer

science:PartA.Polymerchemistry,2003,41:l650一l658.

[9]龚燕,王遇冬,徐家业.微波法合成新型阳离子淀粉

[J].油田化学,2001,18(1):59-63.[10]Cho

Ki—yul,HmSeung・taik.Preparation

andpropertiesof

benzyl

corn

starches[J].Starch.1998,50:250—257.

[1I]BohrisehJ,VorwergW,Radosta

S.Developmentofhy—

drophobic

starch[J].Starch,2004,56:322-329.

[12]BienF,WiegeB,Warwel

S.Hydrophobiemodification

of

starchby

alkali-catalyzedadditionof

1,2一epoxyalkanes

[J].Starch,2001,53:555-559.[13]Wesslen

B,WesslenB.Synthesis

of姗phiphilic

amy-

loseandstarch

derivatives[J].Carbohydrate

Polymers,

2002,47:303—311.

[14]Breitinger,Hans-georg.Synthesis

andcharacterizationof

2。3-di—O・alkylatedamyloses:Hydrophobiesubstitution

destabilizeshelical

conformation[J].Biopolymem,2003,

69(3):301—310.

[15]SantayanonR,WootthikanokkhanJ.Modificationof

eas.

sava

starchbyusingpropionicanhydrideandpropertiesof

the

starch—blendedpolyesterpolyurethane[J].Carbehy・

&atePolymers,2003,51:17—24.

[16]苏传胜.疏水改性和酸水解淀粉提高ASA施胶效率

[J].国际造纸,2005,24:50—52,61.[17]Abd.II-Thalouth

I,Colom[mL,SehutzR.Preparation

and

characterizationofpolyfunetionalstarchproducts,Part2:

Rheologieal

characterizationofbenzylatedearboxymethyl-

starches[J].Starch,1977,29(5):160—165.[18]Puehov

IS,BratislavaA

E,JenaTH.Emulsifyingagents

based

on

0一(carboxymethyl)starch[J].TemideSuffac—

rants

Detergents,2001,38(5):277—280.

[19]孙云明,刘会峦,陈国华,等.淀粉系列海上溢油凝油剂

的制备与凝油性能[j].海洋科学,2001,25(8):7-41.[20]Bataille,HuguerJ,Muller

G,eta1.Associativebehavior

ofhydrophobieally

modifiedcarboxymethylpulhlanderiv-

atives[J].InternationalJoumalofMacromaolecules,

1997,20:179—191.

[21]Samu

R,MouleeA,KumarVG.Effectofcharge

and

hy・

drophobieity

an

adsorptionof

modified

starch

on

polyester

[J].Starch,1999,51:260—268.[22]Johned

A.Phase

and

gelation

behaviorof

2-hydroxyl-3-

(N,N-dimethyl-N-dodecylammonium)propyloxy

starches

[J].Starch,2003,55:569—575.

[23]张友松.变性淀粉生产与应用[M].北京:中国轻工

业出版社。1999.

14江苏化工2008年4月

[24]C∞Xiaodong.Zhang

Lina.EffectsofmolecularweightOn

abilityofregeneratedcellulosefilmscoatedwithpolyure-

the

miscibility

and

properties

of

polyurethane/benzylthane/natural

polymers

interpenetrating

polymer

networks

starch

senti.interpenetratingpolymer

networks[J].Bio-

[J].Industrial&Engineering

ChemistryResearch,

macromolecules,2005,6:671—677.

1999.38:4284—4289.

[25]Zhang“M。ZhouJinping,HuangJin,et

a1.Biodegrad-

ResearchProgressofHydrophobically

Modified

Starch

andItsDerivatives

XIATing—ting

(Nantong

textilevocationaltechnologycollege,Nantong

226007,China)

Abstract:Hydrophobicallymodifiedstarchanditsderivativeshaveuniquepropertiesandwideapplications.Thispaperreviewsthepreparationofhydrophobicallymodifiedstarchandsomerepresentativewater・-solublestarchde・-rivativessuch

as

carboxymethylstach,hydroxyethylstarch,cationicstarchandamphotericstarch.Italsorepresents

theaffectionstothemainpropertiesofproductscausingbythehydrophobicgroups.Theapplicationsanddevelo-

pingprospectsofstarchcontaininghydrophobicgroupsinpapermaking,wastewatertreatment,soil—improvement,coatingandplastics.and

so

onare

introduced.

Keywords:starch;water・solublestarch;hydrophobicallymodification;application

.^.^.^./-、—^、-^-^.^.^.^.,、/^、.—、,-、r一‘vJ、.,.、^r,‘、./.、^r,‘、r,‘、^,-、一‘、^/.、'/.、一-、,.小r,^、r一‘、.,.、,^v^v^—^、-,-、-一‘、.,^、-,^、—‘、/‘、—^、

(上接第5页)

ProgressofPhosphazeneCatalyst

CHENHual,ZHUXin.ba01,FANGLian.shun2,WANGQing.1i2

,1.Department矿Chemistry,Nanjing210037,China;、

、2.Yangzhou

ChenhuaTechnology

Group,&c咖225803,China

Forestry

Unwersity,Nanfing/

Abstract:ThisarticleintroducedseveralcatalystsofPhosphazeneforring—openingpolymerization,inwhichthesyn-

thesisofphosphazeneandphosphineoxidecatalysts

were

describedindetail.alongwiththeexplanationoftheir

re-

spectivecharacteristics.Thesecatalystscouldbeusedtosynthesizethepolymersovercomingtherelativelysmallmolecularweightdistributionwidthandsaturationhighershortcomings,superiortoKOHcatalyst.ComparedwiththeDMCcatalyst,theyhavetheadvantageofinitializingsmallmolecules,directlyusingethyleneoxidetoblock

ac-

cess

to

primaryhydroxyl,inthepolyetherH—Twithhighselectivity.

Keyword:phosphazene;phosphineoxide;catalyst;polyetherpolyol;ring—openingpolymerization

根据苏新出报[2008]9号“:工苏省新闻出版局关于表彰第六届:工苏优秀期

刊的决定”.《;工苏化工》入选第六届:工苏省优秀期刊井获得奖励证书和奖牌。值此.感谢读者长期以来对《江荞化工》杂志的支持。

《i工苏化工》编辑部

万 

方数据


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