净水处理剂-阳离子淀粉（一）

阳离子淀粉是众多水溶性阳离子高分子的一种。我国是一农业大国，原料来源广，易得，对促进农产品深加工具有重要意义。目前随着工艺技术的提高，高阳离子度、易溶解阳离子淀粉己开发成功，作为低成本替代产品将会得到大规模的应用，并使其拓展更新领域的应用发挥巨大的作用。

理化性能

阳离子淀粉是带有正电荷的性质相似的几种淀粉衍生物的总称，它包括叔氨烷基淀粉醚、季氨淀粉醚和阳阴两性淀粉等。阳离子淀粉具有高分散性和溶解性，稳定性高，凝沉性弱。作为带有叔胺盐或季铵盐基团的改性淀粉，取代度（DS)在0.1以上的阳离子淀粉称高取代度的阳离子淀粉。它具有阳离子表面活性剂的性质，在水中具有较好的溶解性。

白色粉末的阳离子淀粉，溶于水形成稳定的透明溶液，在水中分散时形成泡沬，由液体内部上升集聚在液体表面，1~2h后消失，对固体表面有吸附性。

工艺技术

取代度为0.15~0.25的阳离子淀粉可使污泥脱水，其固体湿度低于70%。阳离子淀粉的合成有浆法、糊法和干法。由于阳离子淀粉的取代越高遇水糊化的温度越低。浆法只能制取低取代度的阳离子淀粉。糊法可以制取糊状高取代度的阳离子淀粉，而粉状高取代度的阳离子淀粉的制取比较困难。

用淀粉与醚化剂反应生成的阳离子淀粉又称为淀粉醚。其技术处理方法有干法与湿法。季铵型阳离子淀粉使用的阳离子化试剂是由叔胺与氯丁烯或环氧氯丙烷反应而成。叔胺型阳离子淀粉与季按型阳离子淀粉的差别在于使用的阳离子试剂不同，阳离子试剂用的是仲胺，但性能不如季铵盐。

实验例如下：

方法1：称取分析纯氢氧化钠置于500mL^杯中，以水溶解。在冷水浴中放置冷却后与醚化剂充分混合，反应10min,然后加入100g玉米淀粉，在室温下揽拌1h。在热风浴中预干燥至淀粉含水量降至14%左右，压碎混合均匀，置于一密闭容器中，然后放置到恒温供箱中反应数小时。取出样品冷却后用80%的乙醇溶液洗涤、抽滤到滤液不含氯离子。最后用无水乙醇洗涤、干燥，即得阳离子淀粉。

方法2：将200kg原淀粉投入反应釜，打开搅拌，称取8kg醚化剂ETA(乙二胺四醋酸），投入反应釜，搅拌10min,喷入2kg乙醇溶液，缓慢通蒸汽，升温至40~50°C,在此温度范围内保温60分将温度再缓慢升至70~80°C,保温90min降温放料，将产品用粉碎机粉碎后，过筛、计量。

方法3：低取代阳离子淀粉

在250mL三口瓶中加入环氧氯丙烷157mL(2.0mol),冷却至0°C;在揽拌条件下，1h内通入三甲胺23.6g(0.4mol),常温下搅拌反应4h;然后过滤、用DMF、丙酮洗涤、真空干燥，得白色固体产品58.5g阳离子化试剂GTA(甘油三醋酸酯），收率为97%。称取干燥的玉米淀粉9.6g、GTA0.4g—起放入100mL烧杯中。搅拌均匀后放置于恒温45°C的水浴器中预热0.5h,接着加入配制好的含0.003gNaOH的水溶液2.5mL,混合搅拌至无结块，再在45°C恒温水浴器中反应80min。然后用80%的乙醇洗涤、抽滤至滤液不含氯离子。最后用无水乙醇洗涤、干燥后即得低取代阳离子淀粉。

方法4：高取代阳离子淀粉

称取干燥的玉米淀粉7.0g、GTA3.0g—起放入100mL烧杯中。揽拌均匀后放置于恒温90°C水浴器中预热0.5h,接着加入配制好的含0.06gNaOH的水溶液2.5mL,混合揽拌至无结块，再在90°C恒温水浴器中反应160min即可。然后用80%的乙醇洗涤、抽滤至滤液不含氯离子。最后用无水乙醇洗涤、干燥后即得高取代阳离子淀粉。取样、恒重，测得样品中氮的质量。

方法5：季铵型阳离子淀粉制备方法大体上可分为三种：有机溶剂法、水溶剂法和干法。有机溶剂法需使用昂贵的有机溶剂，成本高，不安全。水溶剂法不适合制备高取代度产品，对环境有污染。与有机溶剂法和水溶剂法相比，干法具有工艺简单、反应效率高、环境污染小等很突出的优点。

目前工业上应用的主要是低取代度季铵烷基淀粉醚，而高取代度阳离子淀粉随着取代度的提高，各方面的应用性能如絮凝、脱色、染料上色率等都有不同程度的增强。

方法1：在装有搅拌器的筒状玻璃瓶中，加入5.5g玉米淀粉（水质量分数12.0%)和适量的碱催化剂，室温下搅拌10min;再加入GTA4.5g,室温下继续揽拌1h后，在一定的温度和时间反应下，得到基本干的白色固品。粗产品用含乙酸的80%乙醇液浸泡后再经过滤、洗涤、干燥得季铵盐阳离子淀粉。

方法2：为提高反应效率与速率，可以采用半干法制备环氧季铵型阳离子剂，即在反应体系中加入碱催化剂和少量有机或无机溶剂，在60~90°C下反应2h,转化率为95%。

在烧杯中加入少量氢氧化钠和适量水，待氢氧化钠溶解后加入适量淀粉搅拌10min后，加入2mL异丙醇，接着加入GTA搅拌1h。然后在80°C下反应2.5h,得到基本干的固体粗品，用少量乙酸的质量分数为80%的乙醇水溶液浸泡、过滤、洗涤、干燥，即得季铵型阳离子淀粉。

在反应过程中加入少量有机溶剂可以降低水对淀粉的溶解力，防止淀粉的糊化；二可以维持淀粉的膨胀状态，使阳离子化试剂和碱催化剂均匀地分布在反应体系中，提高反应效率，得到取代基分布均匀的产品。但加入过多，则会改变反应环境，使取代度降低。

在碱催化剂存在下，淀粉与N-(2,3-环氧丙基）三甲基氯化铵的半干法反应中，由于少量溶剂分子的介入，最大限度地抑制了副反应，同时使反应体系的微环境不同于液相反应，造成了反应部位的局部高浓度，提高了反应效率。而加入少量有机溶剂，抑制了水对淀粉的糊化，同时使阳离子化试剂和碱催化剂均匀地分布在反应体系中，得到取代基分布均匀的产品。该方法反应效率高，操作简便，污染小。当淀粉和GTA用量分别为11:6(质量比）时，最佳反应条件为：反应时间2.5h,反应温度为90°C,介质条件为：氢氧化钠用量为控制pH在8~11,异丙醇：水为3:7(体积比），取代度可达0.55以上，反应效率大于94%。