环己烷辅助超临界CO2制备辛烯基琥珀酸淀粉酯研究

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超临界CO2是一种绿色化学反应介质,在化学反应工程中应用十分广泛。本文以木薯淀粉与辛烯基琥珀酸酐(OSA)为原料,在强碱的催化作用下,采用超临界CO2技术制备辛烯基琥珀酸木薯淀粉酯,优化淀粉酯制备工艺,寻找最佳助剂辅助超临界CO2溶解OSA,提高酯化反应产品取代度及反应效率,并对酯化后淀粉进行结构表征及性质分析,同时,探究超临界淀粉酯化反应动力学,考察淀粉酯化反应速率和活化能,揭示反应体系中超临界淀粉酯化反应与OSA水解副反应竞争机制。  采用多种助剂分别辅助超临界CO2制备辛烯基琥珀酸淀粉酯(OSAS),实验结果表明:环己烷为最佳助剂,有助于改善超临界CO2对酯化剂的溶解性能,酯化反应效率约为无助剂时的3.0倍;最佳工艺条件:环己烷用量1.5%、碱用量0.6%、反应温度90℃、压力12 MPa、时间3h,当酯化剂用量2%时,产品反应效率高达83%以上;当酯化剂用量为4%时,产品取代度为0.0191和反应效率可达61%。以上结果说明,环己烷辅助超临界CO2提高了超临界淀粉酯化反应效率,改善了酯化反应条件。  采用FTIR、NMR、SEM和XRD等分析手段进行产品结构表征,并考察淀粉酯化产品的糊化性质。FTIR与NMR分析说明淀粉分子中引入了酯化基团,SEM和XRD分析表明产品依然保持淀粉颗粒特征和A型结晶结构,但颗粒表面遭到局部破坏,结晶度降低。产品性质分析结果表明在超临界CO2介质中制备的酯化产品的透明度、冻融稳定性、凝沉性及乳化性等性质与原淀粉比较有所改善,布拉班德粘度增大。  在已研究的动力学模型基础上,探究超临界CO2介质中制备辛烯基琥珀酸淀粉酯反应动力学,实验选择在12MPa压力状态下验证超临界淀粉酯反应动力学模型,此模型为:  酯化反应:r1=6.513×108 e-65609/RT CAGU·COSA  酸酐水解反应:r2=2.259×1010 e-77133/RT CH2O·COSA  动力学模型分析,结果说明温度是影响淀粉酯化选择性的主要因素,升高反应温度,更有利于提高酸酐水解反应速率;酯化反应选择性还与水的浓度、淀粉葡萄单元(AGU)的浓度有关,但与OSA的浓度无关;延长反应时间,产品取代度呈增长趋势。
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