El almidón tiene una larga historia como principal material de apresto para el apresto de hilos de urdimbre. La dinastía Yuan de China (alrededor del 1300 d. C.) utilizó harina de trigo como lechada. En 1890, "Shanghai Woven Layout" (la primera fábrica textil del país) también utilizaba harina de trigo fermentada como material de apresto de urdimbre. En 1821, la dextrina se utilizó como apresto en el extranjero y al mismo tiempo apareció la industria de fabricación de almidón. Al principio, el almidón de trigo era el almidón principal, y pronto también se produjeron y utilizaron otros almidones.
Aunque existe una gran cantidad de especies que contienen almidón en el mundo vegetal, no muchas especies pueden utilizarse en la industria. Principalmente maíz, papa, trigo, batata, yuca, etc. El maíz tiene alto rendimiento, amplia área de siembra, alto contenido de almidón, muchos tipos de subproductos, alto valor económico, fácil de transportar y almacenar, las plantas procesadoras pueden producirlo durante todo el año, sin restricciones por temporada y región, y tiene muchas características excelentes. características (viscosidad estable, etc.). Por lo tanto, el almidón de maíz representa más del 70% de la producción mundial de almidón. En los Estados Unidos, más del 95% del almidón proviene del maíz, mientras que en Europa, la papa es el principal almidón. En países como Tailandia y Brasil, el almidón de yuca en el sur de China también se está desarrollando rápidamente. El almidón de trigo se utilizaba mucho en el pasado, pero ha disminuido en los últimos 20 años. Sin embargo, la cantidad de almidón de trigo utilizado ha aumentado en los últimos años, principalmente para el desarrollo de nuevos usos del papel autocopiativo. La producción de almidón y almidón modificado en el mundo y en varios países importantes en los últimos años se muestra en la Tabla 1. Como puede verse en el cuadro, la escala de la industria del almidón de mi país es todavía muy pequeña, especialmente la producción de almidón modificado es demasiado baja.
Cuadro 1 Panorama de la producción de almidón (2000) Producción nacional de almidón crudo
Producción de almidón modificado (10.000 toneladas)
(10.000 toneladas)
Global 4700 700
China 550 35
Estados Unidos 1600 260
450 100 euros
Japón 200
El almidón es un compuesto polimérico natural, un polisacárido, que se encuentra en las semillas, tubérculos, tubérculos o frutos de algunas plantas. El almidón extraído de tubérculos y tubérculos vegetales se llama almidón de raíz, como el almidón de patata, el almidón de camote y el almidón de yuca. El almidón extraído de semillas o frutos de plantas se denomina almidón de semillas, como el almidón de trigo, el almidón de maíz, el almidón de bellota, etc.
El almidón tiene buena adhesión y cierta capacidad de formación de película sobre fibras naturales hidrofílicas, y básicamente puede cumplir con los requisitos de apresto de estas fibras. El almidón es rico en recursos y de bajo precio, y ha acumulado una rica experiencia en la aplicación del encolado de urdimbres textiles. Sin embargo, su rendimiento de dimensionamiento no es muy ideal y a menudo se necesitan varias lechadas auxiliares para compensarlo. Modificar el almidón mediante métodos físicos o químicos, o mezclarlo con otras suspensiones, puede mejorar el efecto de apresto del almidón y ampliar su rango de aplicación. La contaminación ambiental causada por las aguas residuales del desencolado de la pulpa de almidón es menor que la de otras pulpas químicas. Por lo tanto, entre las diversas pulpas, el almidón y el almidón modificado todavía representan la mayor proporción (65% ~ 70%).
Capacidad de producción total de equipos de almidón modificado a nivel nacional: 700.000 toneladas/año (la producción real en 2001 fue de 350.000 toneladas). Según método de producción: producción de almidón modificado químicamente: 230.000 toneladas/año; producción de pregelatinizado: 65.438+ millones de toneladas/año; otros métodos de producción: 20.000 toneladas/año. El volumen real de ventas de almidón modificado en China en 1996: 210.000 toneladas; en 2000, 350.000 toneladas, que se utilizó principalmente en los siguientes sectores industriales (Cuadro 2). En general, el almidón modificado en mi país se encuentra todavía en la etapa inicial de desarrollo y tiene amplias perspectivas. Se espera que supere el millón de toneladas en 2010, y la producción de almidón modificado se convertirá en el pilar principal de la industria del almidón y de la química fina.
Tabla 2 Aplicación de almidón modificado en China
Volumen de ventas reales del sector industrial en 1996
Demanda en 2002 (10.000 toneladas)
(10.000 toneladas toneladas)
Industria papelera 8,0 20 ~ 30
Industria textil 5,5 10 ~ 13
Industria de piensos 4,08 ~ 10
Industria alimentaria 0,5 14 ~ 16
Industria farmacéutica 2 ~ 4
Industria de fundición 3 ~ 4
Plástico de almidón 10 ~ 12
Otras industrias 3,05 ~ 8
Total 21 72 ~ 100
2. Características estructurales y principio de desnaturalización de las macromoléculas del almidón
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El almidón es un compuesto polimérico formado por la condensación de α-glucosa y es un polisacárido rico.
Los enlaces glicosídicos en la estructura macromolecular del almidón y los grupos hidroxilo que contienen son factores intrínsecos que permiten preparar diversos almidones modificados. La ruptura de enlaces glicosídicos descompone las macromoléculas, reduce el grado de polimerización y cambia principalmente las propiedades físicas del almidón. Los grupos hidroxilo del sexto átomo de carbono (átomo de carbono primario) y del segundo y tercer átomo de carbono (átomos de carbono secundarios) del residuo de glucosa sufren una serie de reacciones químicas: oxidación, eterificación, esterificación, aminación e injerto, etc. , puede producir una serie de almidones modificados. El almidón pregelatinizado y el almidón degradado también se pueden preparar cambiando la estructura de las macromoléculas de almidón mediante calentamiento o radiación de alta energía. El almidón modificado también se puede preparar mediante enzimas biológicas especiales.
b.Los principales métodos de fabricación del almidón modificado son:
Desnaturalización química: producto obtenido mediante una determinada reacción química con reactivos químicos. Tales como: almidón hidrolizado con ácido, almidón oxidado, almidón esterificado, almidón eterificado, almidón reticulado, almidón catiónico, almidón injertado, etc.
Modificación física: como almidón pregelatinizado, almidón tratado con radiación electrónica, almidón degradado térmicamente, etc.
Desnaturalización biológica: tales como: conversión enzimática del almidón.
Cabe señalar que el almidón es un compuesto polimérico orgánico, y su reacción de desnaturalización debe cumplir determinadas condiciones (iniciador, temperatura, tiempo, etc.), no puede ser como la reacción de neutralización ácido-base; compuestos inorgánicos. Sucedió instantáneamente. Esta última es una reacción química de intercambio iónico. La reacción entre el almidón y varios desnaturalizantes sólo puede ocurrir después de una colisión y contacto intermoleculares.
c.Algunos factores que afectan el rendimiento de apresto de la suspensión de almidón modificado:
Dado que la materia prima del almidón modificado es almidón natural, el rendimiento final y la estabilidad de la calidad del producto se ven afectados por muchos factores También hay algunos factores naturales involucrados. Se puede decir que el rendimiento del almidón modificado muchas veces depende de los siguientes factores:
1. Fuente vegetal: variedad, suelo, clima, estación, etc.
2. Forma física: granular, pregelatinizada;
3. Relación y contenido de amilosa y amilopectina.
4. descripción en la industria);
5. Impurezas y componentes relacionados (proteínas, ácidos grasos, compuestos que contienen fósforo) o sustitutos naturales;
6. Historial de pretratamiento: acidólisis, oxidación, degradación enzimática o dextrinización, etc.
7. Tipos de desnaturalización: esterificación, eterificación, oxidación, aminación, injerto, etc.
8. Naturaleza de los sustituyentes: acetilo, carboximetilo, hidroxipropilo, amino, etc.
9. Grado de sustitución, etc.
Recientemente me surgió una pregunta: ¿Qué almidón crudo tiene mejores propiedades de apresto? Porque algunas marcas en el mercado son suspensiones de almidón modificado hechas de almidón de patata, que tiene mejor aspecto que el almidón de maíz. A juzgar por nuestras décadas de experiencia en la producción y uso de aprestos textiles, en comparación con las propiedades de apresto de varios almidones crudos, debería ser:
El almidón de maíz tiene las mejores propiedades de apresto y es bueno para las fibras naturales. La adherencia es la más alta y la viscosidad de la suspensión es la más estable.
Por lo tanto, cuando se usaba almidón crudo para el apresto en el pasado, el almidón de maíz era la primera opción.
El almidón de trigo ocupa el segundo lugar, su adherencia es ligeramente peor que la del almidón de maíz, pero su fluidez es mejor que la del almidón de maíz.
El tercer lugar es el almidón de patata, que tiene poca adherencia a las fibras naturales pero contiene una pequeña cantidad de fosfato natural. Tiene buena fluidez y un tamaño de partícula uniforme.
Seguido de: almidón de yuca, almidón de boniato, etc.
3. Tipos de almidón modificado:
De acuerdo con la estructura macromolecular del almidón y el principio de modificación mencionados anteriormente, y basándose en años de desarrollo, el apresto de almidón modificado comúnmente utilizado en el apresto de urdimbre. se puede resumir de la siguiente manera:
Almidón descompuesto (también llamado almidón modificado de primera generación)
Almidón tratado con ácido: almidón hidrolizado con ácido, almidón soluble y almidón de baja regulación.
Dextrina para hornear: dextrina blanca, dextrina amarilla, pegamento para estampación y teñido.
Almidón oxidado: almidón de dialdehído y almidón oxidado con ácido hipocloroso.
Derivados del almidón (almidón modificado de segunda generación)
Almidón éter metil almidón (MS)
Carboximetil almidón
Hidroxietil almidón
Almidón de hidroxipropilo (HPS)
Almidón de propileno
Almidón catiónico
Almidón de amida (también conocido como formiato de amino almidón)
Acetato de almidón
Fosfato de almidón
Succinasa de almidón
Xantato de almidón
Carbamato de almidón (también conocido como almidón amida)
Almidón reticulado Almidón reticulado con formaldehído
Almidón reticulado con ácido epiclórico
Almidón reticulado con ácido fosfórico
Almidón reticulado con ácido acrílico almidón
Almidón injertado (almidón modificado de tercera generación)
Almidón injertado con acrilamida
Almidón injertado con acrilato
Almidón injertado con acetato de vinilo
Almidón modificado tratado físicamente
Tratamiento con radiación: α, β, γ y tratamiento con neutrones del almidón.
Tratamiento de almidón por alta frecuencia
Tratamiento térmico húmedo del almidón
Tratamiento del almidón por microondas
4. Características básicas de los almidón modificado de uso común lechadas de almidón
1. Almidón descompuesto con ácido:
El almidón descompuesto con ácido también se llama almidón acidificado. También hay muchos nombres a nivel internacional: almidón convertido con ácido o almidón modificado con ácido, pero en la industria a menudo se le llama almidón hervido. La hidrólisis ácida del almidón tiene una larga historia. Ya en 1886 se trataba el almidón nativo con ácido clorhídrico. Es principalmente un producto obtenido por descomposición ácida de macromoléculas de almidón. Actualmente, existen en la industria varios almidones modificados con ácido, que se utilizan en muchas industrias. El 70% del consumo de almidón modificado en los Estados Unidos es almidón lisado con ácido.
Hay dos propósitos principales para investigar y explorar este tipo de almidón modificado: (1) reducir la viscosidad para aumentar el rango de concentración que se puede utilizar en la industria (2) cambiar las propiedades reológicas; ampliar el uso del almidón en aplicaciones industriales, como la conversión de fructosa y jarabe, para producir materias primas de goma de mascar con la dureza del gel y la resistencia al estallido del gel.
Almidón oxidado
El almidón oxidado es uno de los almidones modificados más comunes. En comparación con el almidón natural, es blanco, fácil de gelatinizar, tiene un amplio rango de ajuste de viscosidad, alta estabilidad de la viscosidad, fuerte transparencia, formación de película y adhesión, y bajo costo. Ha sido ampliamente utilizado en las industrias papelera, textil, alimentaria y otras.
Los grupos hidroxilo y los enlaces glicosídicos de las macromoléculas del almidón son las principales causas internas de oxidación. Según la forma de acción de los oxidantes sobre el almidón, se pueden dividir en dos tipos: oxidantes específicos y oxidantes aleatorios. Los agentes oxidantes específicos sólo pueden oxidar partes específicas de las macromoléculas de almidón. Por ejemplo, el ácido periódico sólo puede oxidar los grupos de alcohol secundarios en C2 y C3, y el producto se llama almidón dialdehído. Los oxidantes aleatorios pueden oxidar aleatoriamente partes relevantes de las macromoléculas de almidón, como el hipofosfito, el peróxido de hidrógeno, etc.
El hipoclorito de sodio o hipoclorito de calcio se utiliza habitualmente como oxidante en la industria. El hipoclorito de sodio se utiliza principalmente en la industria textil. El hipoclorito de sodio se prepara introduciendo lentamente cloro gaseoso en una solución acuosa fría de hidróxido de sodio. Si la temperatura es demasiado alta (superior a 30°C), el hipoclorito se convertirá en cloruro y se perderá la eficacia de la oxidación.
A 0,1, comienza a mostrar solubilidad parcial en agua. Cuanto mayor sea el grado de sustitución; cuanto mayor sea la solubilidad, más rápida será la velocidad de disolución. Cuando el grado de sustitución es ≥0,5, ya es soluble en agua fría. La solución acuosa es clara, transparente y viscosa. La solubilidad y la velocidad de disolución también están relacionadas con la estructura de los gránulos y el grado de polimerización del almidón nativo. El grado de sustitución del carboximetilalmidón industrial es generalmente inferior a 0,9.
El carboximetil almidón es también un polímero dieléctrico, que es aniónico y se forma mediante la introducción de grupos. Puede formar sales con metales alcalinos para mejorar la absorción de agua y la solubilidad en agua del producto. En el caso de sales de metales pesados divalentes o superiores, la suspensión flocula e incluso se produce una precipitación insoluble. Se pueden utilizar colorantes catiónicos (colorante azul de metilo) para teñir y se deben evitar excipientes catiónicos como los tensioactivos catiónicos en la preparación de la suspensión.
El carboximetilalmidón comercial suele contener una cierta cantidad de sal (principalmente cloruro de sodio), que está muy relacionada con el rendimiento del carboximetilalmidón, por lo que siempre se ha considerado como uno de los principales indicadores de calidad de este tipo. del producto uno. El almidón carboximetilo con un alto contenido de sal no solo mejora en gran medida la absorción de agua, sino que también hace que la lechada vuelva a ser pegajosa y corroerá las piezas del equipo de apresto y mezclado;
En la industria textil, se utiliza principalmente como lechada adhesiva auxiliar para el encolado de urdimbre. Tiene buena adherencia a fibras naturales y puede usarse para encofrar hilos de algodón medianos y finos, hilos de ramio e hilos de lino.
Debido a su solubilidad en agua, también es adecuado para aprestar hilos de viscosa e hilos de lana peinados; tiene buena miscibilidad con el compuesto polimérico soluble en agua, ácido poliacrílico, por lo que a veces este apresto mixto se utiliza para aprestar hilos de mezcla de poliéster y algodón. proporción Generalmente 10% ~ 30%. Sin embargo, debido a su alto precio, a menudo se utiliza como sustituto de la carboximetilcelulosa (CMC) para promover la miscibilidad con otros componentes de la pulpa.
Acetato de almidón
El acetato de almidón también se llama acetato de almidón. El principio de esta reacción se conoce desde hace más de 100 años. A partir de entonces, estamos interesados en ésteres de almidón altamente acetilados y otros ésteres de almidón con un grado de sustitución de 2 a 3 para reemplazar el acetato de celulosa. Son solubles en disolventes (acetona, cloroformo, etc.) y termoplásticos. El acetato de almidón juega un papel importante en la exploración de las propiedades físicas del almidón y el estudio de las "fibras" y membranas de amilosa. Como no pueden competir con derivados de celulosa similares en términos de resistencia y precio, no pueden lograr avances en los negocios. El acetato de almidón con un grado de sustitución inferior a 1,0 es básicamente una sustancia hidrófila y se ha producido a escala industrial. En la actualidad, algunos países de Europa, América y Japón producen principalmente productos con bajo grado de sustitución (DS < 0,2), que ya se utilizan en algunos sectores industriales.
Los reactivos de esterificación estudiados tempranamente y utilizados más recientemente incluyen anhídrido acético, anhídrido acético-piridina, mezclas de anhídrido acético-ácido acético, cetena, acetato de vinilo o ácido acético. Los productos disponibles comercialmente son derivados con bajos grados de sustitución de 0,01 a 0,2.
Se ha utilizado como encolador superficial en la industria papelera debido a su capacidad filmógena y buena adherencia a la celulosa. En esta aplicación, es más competitivo que los éteres de hidroxialquil almidón, los almidones oxidados o los almidones convertidos por enzimas y calor.
En aplicaciones como la preparación de cintas adhesivas, las ventajas obvias del acetato de almidón de maíz ceroso hidrolizado con ácido son el brillo, la viscosidad y la capacidad de rehumectación. La cinta hecha de acetato de maíz ceroso oxidado con un contenido de carboxilo de 0,3% a 0,5% y un contenido de acetilo de 1,5% a 2% tiene las propiedades de los productos de pegamento animal.
El encolado de urdimbre en la industria textil es un mercado importante para los productos de almidón. Se comparó el rendimiento del almidón de maíz y del acetato de maíz para el encolado de hilos de poliéster-algodón. Como se puede ver en la tabla, debido a la buena afinidad del acetato de almidón, el hilo de encolado de poliéster-algodón muestra una buena resistencia al desgaste y la vellosidad del hilo de encolado también se reduce significativamente, lo que es beneficioso para mejorar la eficiencia del tejido.
Comparación de rendimiento de hilos de encolado superficial
Valor de rendimiento del almidón natural
Encolado de almidón acetato
(viscosidad media) hilo encolado de almidón de acetato
Hilo crudo (baja viscosidad)
Resistencia a la abrasión (veces) 39,9 41,2 59,5 18,4
Resistencia a la rotura (N) 2,61 2,74 2,79 2,56
Alargamiento (%) 5,62 5,37 5,10 8,86
El trabajo de rotura (n·cm) es 4,71,42±4,1.26,57.
Adhesión específica (n/%) 0,26-0,28-
> > 2mm Pilosidad (raíz/10m) 53 42 57 74
> > 3mm Pilosidad ( raíz/10m) 1811924
> > vellosidad 5mm (raíz/10m) 7-2 15
Tasa de desencolado (%) 8,03 11,69 10,86-
Acetato de almidón se utiliza principalmente para encolar hilos de fibras naturales e hilos de mezcla de poliéster y algodón. El acetato de almidón se puede utilizar como agente de apresto principal para aprestar tejidos finos de algodón de alta densidad e hilos de ramio. Debido a que su película lechada tiene alta resistencia, flexibilidad y alta adherencia a este tipo de fibra, tiene buenas propiedades de tejido. También se puede utilizar para hilos mezclados de poliéster/viscosa y poliéster/lana como uno de los componentes de la suspensión mixta. Tiene buena miscibilidad con lechadas sintéticas ordinarias y puede mezclarse en cualquier proporción. Generalmente, la proporción de mezcla con lechada sintética está entre el 10% y el 30%. Si la calidad del acetato de almidón es buena, combinada con una tecnología de dimensionamiento razonable y una gestión operativa estricta, la proporción puede alcanzar el 50%.
Este éster de almidón es fácil de desencolar durante el proceso de desencolado debido a su buena dispersión y solubilidad.
También se puede utilizar como apresto para hilo de fibra de vidrio. También es un agente de apresto ideal para hilos de lana y viscosa.
Debido a la débil tendencia a gelificarse, el encolado se puede realizar a temperaturas más bajas para evitar que las altas temperaturas destruyan las propiedades de esta fibra.
Se estudió sistemáticamente la preparación del acetato de almidón de tapioca y su aplicación en el apresto de hilos de mezcla de poliéster y algodón, y se realizaron pruebas comparativas y aplicaciones de producción en el taller de producción.
Carbamato de almidón
El carbamato de almidón también se denomina “almidón amida”. El reactivo utilizado en este almidón modificado es la urea, por lo que en los negocios se lo conoce más comúnmente como "almidón de urea". De hecho, estos tres nombres son el mismo producto.
La urea es un compuesto orgánico que contiene nitrógeno y que puede favorecer la hinchazón del almidón. Si se agrega una gran cantidad de urea (que representa de 3 a 6 ∶ L de peso de almidón), el almidón se puede gelatinizar en una suspensión a temperatura ambiente. Algunas personas también utilizan esta suspensión de almidón gelatinizado en frío para un tamaño de hilo de algodón de 20 a 30 tex, que tiene un cierto efecto de tejido. Este fenómeno de gelatinización en frío no es una desnaturalización química, sino un efecto físico. Las propiedades hidrofílicas e higroscópicas de la urea rompen los enlaces de hidrógeno entre las moléculas de almidón y promueven la penetración del agua. Muchos estudios han demostrado que el mecanismo de desnaturalización de la urea sobre el almidón se produce principalmente a altas temperaturas.