Катионный крахмал

Катионный крахмал (КтК) является одним из самых сложных про­изводных полисахаридов. Его получают в результате реакции полисаха­ридов крахмала с химическими соединениями, включающими аминные, иминные, аммонийные, сульфониевые или другие группы, имеющие положительные заряды.

Коммерческое значение приобрели третичный и четвертичный аммо-

нийные эфиры крахмала. Особенностью этих соединений является то, что они имеют положительные заряды на цепях полисахаридов и способны взаимодействовать с отрицательно заряженными частицами.

В бумажной промышленности, как для поверхностной, так и внутри-массовой проклейки, используют кукурузный, картофельный, тапиоковый, пшеничный и рисовых крахмал.

Основным качеством, которым должен обладать крахмал, является хорошее удержание на волокне. В зависимости от степени замещения крахмала катионными группами и его природной основы они удержива­ются по разному. При степени замещения от 0,03 до 0,04 моль/моль кар­тофельный крахмал удерживается более чем на 95%, кукурузный - 60%, нативный - 50%. Катионный крахмал удерживает и закрепляет на волокне частицы клея, но только при степени замещения выше 0,025 моль/моль. Нативный крахмал не влияет на удержание нейтрального клея. В виду большой адсорбции катионного крахмала на волокне увеличивается при­рост механических показателей.

Катионный крахмал можно получать различными методами:

-обработкой нативного крахмала реагентами в водной суспензии или в органическом растворе - «мокрый» метод;

- смешиванием исходного крахмала с реагентами при ограниченном
содержании воды - «сухой» метод;

- влаготермомеханической обработкой крахмала с реагентами на
вальцовой сушилке, экструзионной установке, развариванием в специ­
альных аппаратах.

Фирмой «DEGUSSA-Huls» (Голландия) разработан процесс сухого катионирования картофельного, пшеничного, кукурузного и тапиокового крахмала. В соответствии с ним в смеситель при комнатной температуре загружают крахмал, катионизатор (QUAB-188) и специально разработан­ный активатор - неорганическую щелочь с добавками. Эту смесь подвер­гают обработке в течение 30 мин. Значительная часть эпоксида реагирует с крахмалом при смешивании, которое продолжается в течение 2...3 час, а продукт выдерживается до 7 дней. После ее завершения в катионном крахмале остается менее 100 ч эпоксида. При нагревании до 40°С реакция протекает за одни сутки, а при более высокой температуре - за несколько часов. В ней может быть использован 2,3-эпоксипропилтриметиламмоний хлорид, З-хлор-2-оксипропилтриметиламмоний хлорид (QUAB-188), 2-хлорэтидциэтиламин (СЕД). Последний применяют в кислой среде, по­этом метода выход реакции увеличивается до 90...95% (пшеничный, кукурузный и тапиоковый крахмал).

Катионовый крахмал без добавок или "с мономерами винилового ацетата и кротоновой кислоты применяют для подкрахмаливания ткани, что обеспечивает ее жесткость и гладкость. Он хорошо проявляет себя как компонент моющих средств, шлихты для стекловолокна, краски для печати акриловых нитей. С его использованием повышается устойчивость ткани к сминаемости, ее разрывная прочность, ткань становится более мягкой.

Мировая практика показывает, что одним из основных вспомогатель­ных веществ в целлюлозно-бумажной промышленности является крахмал. Это обусловлено как его уникальными функциональными свойствами, так и низкой ценой, возобновляемостью сырьевых ресурсов и экологической чистотой.

Основное применение крахмала - это повышение прочности бумаги (в особенности поверхностной прочности). Применение модифицирован­ных крахмалов дает дополнительный эффект, связанный с повышением удержания ими мелкого волокна, наполнителя, оптически отбеливающих и проклеивающих веществ. Этот эффект выражается в снижении неравно­мерности свойств бумаги по сторонам листа, что особенно важно для тех видов продукции, у которых рабочими являются обе стороны, например, у бумаги для письма и печати.

Как показала практика, картофельные катионные крахмалы самые лучшие для внутримассового введения, а для поверхностной проклейки - окисленный горячего приготовления.

В будущем широкая замена модифицированных крахмалов в произ­водстве бумаги и картона другими упрочняющими веществами малове­роятна, так как крахмал - возобнавляемый продукт однолетних растений. Его утилизация в окружающей среде не приводит к нарушению уже суще­ствующих трофических цепей, а модификация требует затрат реагентов, произведенных из невозобновляемого сырья, в количестве не более 5... 10% от массы крахмала.

Наибольший эффект с минимальными потерями ожидают от ис­пользования модифицированных крахмалов при производстве газетной бумаги. Они позволяют уменьшить массу 1 м² и/или увеличить зольность бумаги при сохранении или даже увеличении ее прочности. Дополнительно появится возможность уменьшения целлюлозы в композиции и улучше­ния удержания в массе оттеночных красителей. Применение катионных крахмалов способствует улучЩению самых главных показателей качества

у широкого применения он не получил. При использовании «сухого»

газетной бумаги: разрывной длины и прочности в сухом состоянии, сни­мается запыленность и улучшается цветность бумаги.

В настоящее время в мировой практике при изготовлении картона для плоских слоев и бумаги для гофрирования с большим содержанием макулатуры используют три метода повышения прочностных показателей с применением крахмалопродуктов:

- введение в массу от 8 до 20 кг/т катионного крахмала;

- нанесение на клеильном прессе окисленных или других модифицированных крахмалов в количестве 10...50 кг/т;

- нанесение дисперсий крахмалов с помощью спрысков на сеточной
части (по разным данным до 50 кг/т) или между слоями при двух-сеточном
формовании.

Катионный крахмал является хорошим флокулянтом в различных производствах.

Сшитый нерастворимый катионный крахмал является эффективным анионообменником для удаления из сточных вод хроматов, дихроматов, железа, цианидов, молибдата и перманганата.

При обработке катионного крахмала иминоуксусной кислотой обра­зуются хелатные соединения с тяжелыми металлами. Этот вид модифици­рованного крахмала или его производные используют при изготовлении косметических изделий.

Оксиэтилированный катионный крахмал в сочетании с другими компонентами применяют как шампунь для мойки волос. Сополимерный с 4-винилпиридином и обработанный этилбромидом катионный крахмал образует бактерицидное вещество для фармацевтических композиций.

Особенно высок эффект применения катионного крахмала в бумажной промышленности - при проклейке мокрой бумажной массы для лучшего удержания в ней мелких целлюлозных волокон и наполнителей, а также снижения потерь с подсеточной водой.

10.11. Модифицированные крахмалы, разрешенные к применению в пищевой промышленности:

Е1400 - термически обработанный крахмал;

Е1401 - крахмал, обработанный кислотой;

Е1402 - крахмал, обработанный щелочью;

Е1403 - отбеленный крахмал;

Е1404 - окисленный крахмал;

Е1405 - крахмал, обработанный ферментными препаратами;

Е1410 - монокрахмал фосфат;

Е1411 - дикрахмалглицерин;

Е1412 - дикрахмалфосфат;

Е1413 - фосфатированный дикрахмалфосфат;

Е1414 - ацетилированный дикрахмалфосфат;

Е1420 - ацетатный крахмал;

Е1422 - ацетилированный дикрахмаладипат;

Е1423 - дикрахмалглицерин ацетилированный;

Е1440 - крахмал оксипропилированный;

Е1442 - дикрахмалфосфат оксипропилированный;

Е1443 - дикрахмалглицерин оксипропилированный;

Е1450 - крахмала и натриевой соли октенилянтарной кислоты эфир;

Е1451 - крахмал ацетилированный окисленный.