綠色降解化學(xué)品之改淀粉.doc

綠色降解化學(xué)品之改性淀粉 綠色化學(xué)又稱“環(huán)境無害化學(xué)”、“環(huán)境友好化學(xué)”、“清潔化學(xué)”，綠色化學(xué)是近十年才產(chǎn)生和發(fā)展起來的，是一個 “新化學(xué)嬰兒”。它涉及有機合成、催化、生物化學(xué)、分析化學(xué)等學(xué)科,內(nèi)容廣泛。綠色化學(xué)的核心內(nèi)容之一是“原子經(jīng)濟性”，即充分利用反應(yīng)物中的各個原子，因而既能充分利用資源,又能防止污染 綠色化學(xué)的核心內(nèi)容之二，其內(nèi)涵主要體現(xiàn)在“減量”， “重復(fù)使用”， “回收”， “再生”， “拒用”,五個方面 。綠色化學(xué)的最大特點是在始端就采用預(yù)防污染的科學(xué)手段,因而過程和終端均為零排放或零污染。世界上很多國家已把“化學(xué)的綠色化”作為新世紀化學(xué)進展的主要方向之一。 淀粉(starch)是天然生物高分子，存在于玉米、馬鈴薯、土豆、小麥等植物的果實、根、莖中，淀粉通常是非熱塑性的，不能進行擠出、吹塑等加工，限制了淀粉的應(yīng)用。隨著科技的發(fā)展目前淀粉在應(yīng)用上有以下幾種應(yīng)用：改性淀粉、雙醛淀粉、淀粉乙醇酸鈉、改性淀粉黏合劑、復(fù)合淀粉生物降解塑料、淀粉超強吸水樹脂等。下面將對改性淀粉做一些介紹。改性淀粉即水溶性淀粉，可溶性淀粉是經(jīng)不同方法處理得到的一類改性淀粉衍生物，不溶于冷水、乙醇和乙醚，溶于或分散于沸水中，形成膠體溶液或乳狀液體。目前，變性淀粉的品種、規(guī)格達兩千多種，變性淀粉的分類一般是根據(jù)處理方式來進行。加工精白淀粉，必須選用淀粉含量高的白薯品種。經(jīng)加工后的淀粉雖選用了天然原料,但經(jīng)人為加工, 也就不可能算是天然的了。在許多食品中都添加淀粉或食用膠作為增稠劑、膠凝劑、粘結(jié)劑或穩(wěn)定劑等，隨著食品科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，食品加工工藝有很大的改變，對淀粉性質(zhì)的要求越來越高。例如：采用高溫加熱殺菌、激烈的機械攪拌、酸性食品，特別是處于加熱條件下或低溫冷凍等，都會使淀粉粘度降低和膠體性被破壞。天然淀粉不能適應(yīng)這些工藝條件，而各種植物膠雖具有較好的性能但價格昂貴，有的還依賴進口。為了滿足一些特殊食品的加工產(chǎn)品的要求，通過選擇淀粉的類型或改性方法可以得到滿足各種特殊用途需要的淀粉制品。這些制品可以代替昂貴的原料，降低食品制造的成本，提高經(jīng)濟效益。改性淀粉在制革中的應(yīng)用1氧化淀粉 用氧化劑將淀粉氧化可以得到氧化淀粉。常用堿性次氯酸鹽,在氧化過程中,分子鏈斷裂得到羧基和羰基官能團。這些基團阻止了直鏈淀粉的締合作用。因此和普通的淀粉相比起來氧化淀粉顏色都比較淺,黏度比較低,更容易儲存。 Celade等人提出了一種無鉻鞣的新方法。即氧化淀粉預(yù)鞣,鈦鹽鞣制,中和,復(fù)鞣,染色,涂飾。結(jié)果表明:用有選擇性的氧化淀粉預(yù)鞣皮,可增強Ti和膠原的交互作用,成革手感好。 2雙醛淀粉 雙醛淀粉也是一種氧化物。通常使用高碘酸作為氧化劑。在氧化過程中,產(chǎn)生很少的游離醛基。雙醛淀粉的主要結(jié)構(gòu)是水合半醛醇和分子內(nèi)及分子間的半縮醛,它能作為含醛物料進行反應(yīng)。作為多醛聚合物,雙醛淀粉能與膠原的氨基和亞氨基起交聯(lián)反應(yīng),為良好的鞣革劑,鞣革作用與氧化程度有關(guān),雙醛含量90%以上效果好,可使鞣制時間大大縮短,而且具有色淺質(zhì)軟和耐水洗等優(yōu)點。 雙醛能作為鞣劑用于輕革和底革的制作,在使用過程中能減少其它鞣劑的用量并縮短鞣制時間。用96%氧化度的雙醛淀粉在pH=10的條件下鞣制,加油后可得到較為滿意的皮革,雙醛淀粉可以進行回收利用,回收的雙醛淀粉用于底革的預(yù)鞣,可以改進鞣制速率和革的特性。用雙醛淀粉作白濕皮,單獨使用可得到令人滿意的效果。在雙醛淀粉與膠原的反應(yīng)中,膠原的堿性基團和氨基是主要的反應(yīng)基團。 3接枝淀粉 接枝淀粉是一種被廣泛應(yīng)用的新型材料。其結(jié)構(gòu)是以親水的、半剛性鏈為主鏈,以乙烯聚合物為支鏈。通常所使用的單體有丙烯酸、丙稀腈、丙稀酰胺等。可以通過自由基聚合的方法得到接枝淀粉,也可以通過Hoffman反應(yīng)或水解反應(yīng)來實現(xiàn)接枝反應(yīng)。接枝淀粉能用來做涂飾劑。羧甲基鈉淀粉用于涂飾,能夠改善成革的透氣性。聚氨基甲酸酯等與淀粉接枝共聚可得到不同的產(chǎn)品,這些產(chǎn)品用于合成革的涂飾時,能改善革的柔軟性、透水汽性、手感、物理機械性能等。 近年來,根據(jù)皮革鞣制機理及淀粉結(jié)構(gòu)特點,國內(nèi)外的研究者開發(fā)研制了許多具有一定綠色意義的接枝淀粉鞣劑,并取得了一定的效果。這些復(fù)鞣劑具有選擇填充性好,對加脂劑及染料吸收干凈,成品革豐滿、柔軟、肉面或絨面纖維分散好且有絲光效應(yīng)等特點。氧化淀粉與乙烯基類單體接枝共聚,所得產(chǎn)物應(yīng)用于皮革復(fù)鞣效果很好。乳液共聚接枝改性淀粉復(fù)鞣劑,對鉻鞣綿羊革進行復(fù)鞣,所得的坯革性能良好,與其它類型復(fù)鞣劑配伍應(yīng)用時,用降解的淀粉和丙稀酰胺-丙烯酸丁酯共聚物,通過羥基和氨基之間的Hoffman反應(yīng)也可以制備接枝淀粉,所得的接枝淀粉用于服裝革的復(fù)鞣效果好,并有利于染色。 4淀粉黃原酸酯 將天然淀粉采用乙酰化交聯(lián)、酯化交聯(lián)或醚化交聯(lián),再進行黃原酸化就可得到不溶性交聯(lián)淀粉黃原酸酯(ISX),主要用于處理金屬廢水。美國早在1975年就以淀粉為原料制成不溶性淀粉黃原酸酯,并于1980年開始工業(yè)化生產(chǎn)。ISX不僅能脫除多種重金屬離子,而且在酸性條件下還能將Cr6+還原為Cr3+。不溶性淀粉黃原酸鈉鎂能與鉻、鈷、錳、鎳、鋅和其它重金屬離子生成配合物而沉淀,鈉、鎂離子則進入水中,可將其用于工業(yè)廢水處理,除去重金屬離子。劉有才對淀粉黃原酸酯(ISX)的合成進行了研究,制備了一系列的淀粉黃原酸酯產(chǎn)品DX-1、DX-2、DX-3、DX-4,并用這些產(chǎn)品處理Cu2+、Zn2+、Ni2+、Cr3+等重金屬廢水,結(jié)果表明,脫除率大于99%,殘余濃度小于0.1mg/L,低于排放標準,殘渣穩(wěn)定,不會引起二次污染。并探討了DX-4對制革廠廢水的處理,選用適當藥劑配比、pH值和反應(yīng)時間,Cr3+的殘余濃度低于0.06mg/L,脫除率高達99.55%。 5其它 淀粉是一種性能良好的填充劑,在制革生產(chǎn)上曾有過應(yīng)用。但易發(fā)霉,經(jīng)適當改性且提高其穩(wěn)定性后,可用于皮革的填充,所得成革柔軟、豐滿。作面龜裂。將陰離子加脂劑、糖漿或葡萄糖、脂肪醇和氨水按一定比例混合,可用于填充和加脂?？梢愿纳瞥筛锏奶匦?增加成革的面積。用帶有羥基的脂肪族化合物可以減弱膠原纖維之間的相互作用,從而改進成革的柔軟性。淀粉和葡萄糖是帶有羥基的化合物,對其適當?shù)母男?對皮革有明顯的軟化作用。降解的淀粉可以用來制作合成鞣劑。李慧珠成功地從玉米芯水解副產(chǎn)物木糖醇中得到一種多羥基合成鞣劑。該合成鞣劑是木糖醇母液與含羰基的交聯(lián)劑縮合得到的產(chǎn)物。它對毛皮的鞣制效果很好,也可以用于豬皮制革,分子中的羥基和羥甲基能和膠原肽鏈結(jié)合,產(chǎn)生鞣制效果。 陰離子淀粉是一種用來制造白濕革的材料。它是一種多羥基聚合物,有利于Cr3+和膠原之間的結(jié)合。同時由于分子中帶有負電荷,在陰離子淀粉和膠原之間,或者和另一些帶正電荷的鞣劑之間會發(fā)生電價鍵結(jié)合。魏世林等人用陰離子淀粉制造白濕革,結(jié)果表明,陰離子淀粉和鋁或甲醛的混合物可以得到較為理想的白濕革,白濕革的收縮溫度可以達到80,成革革身豐滿。改性淀粉做新型絮凝劑具有無毒、原料來源廣、價格低易于生物降解等優(yōu)點，近年來得到重視與應(yīng)用。以過硫酸銨為引發(fā)劑，通過接枝工聚反映，在淀粉骨架上引入聚丙烯酰胺，制得新型絮凝劑。合成條件：過硫酸銨1.2g，丙烯酰胺(am）與淀粉(st)配比41(質(zhì)量比)，反應(yīng)溫度70，反應(yīng)時間4h。 改性淀粉在礦物加工中應(yīng)用氧化礦反浮選中作抑制劑，銅鉬分離中作為黃銅礦的抑制劑，以及一些非金屬礦石浮選中充當抑制劑已大規(guī)模地得到應(yīng)用。 此外，淀粉還可以用做絮凝劑，在鐵礦石絮凝脫泥時，有用淀粉做為鐵礦石選擇性絮凝劑的。有人做了在低硅酸鹽含量時加人淀粉，有助于針鐵礦的絮凝；玉米淀粉和木薯淀粉可作為阿巴賈鐵礦石的選擇性絮凝劑來使用，精礦品位和回收率都報高。該技術(shù)在近年來已經(jīng)開始用于細粒鐵礦物和細泥的富集。 在油田化學(xué)品中的應(yīng)用：除了提高改性淀粉的抗溫性能以作鉆井液處理劑外，還應(yīng)注重多性能淀粉油田化學(xué)品研究，開發(fā)淀粉化學(xué)品在驅(qū)油劑、破乳劑、降粘劑、堵水劑、解堵劑、水泥漿處理劑等油田生產(chǎn)各領(lǐng)域的應(yīng)用。 改性淀粉在造紙中的地位：改性淀粉目前已是造紙工業(yè)的重要化學(xué)品.我國造紙業(yè)直到八十年代初才開始批量采用淀粉添加劑,二十多年來,造紙用淀粉的數(shù)量雖然逐年增加很快。綠色降解化學(xué)品不但有重大的社會、環(huán)境和