[发明专利]利用不断产生的羟基自由基的碳水化合物的改性

说明书

技术领域

本技术通常涉及改性碳水化合物的领域。

背景技术

提供下面的描述是为了帮助读者理解。提供的信息或引用的参考文献不被承认是现有技术。

碳水化合物的改性可分为两种主要的类型：化学改性和流变学改性。化学改性一般是指用化学基团对碳水化合物的取代，其改变了碳水化合物的电荷状态或者增加了稳定性。碳水化合物的化学改性通常通过引入改变碳水化合物性质的官能基团进行。改性碳水化合物的性质依赖于官能团或取代基的类型以及取代度。改性可以通过不同的方法实现，如漂白、氧化、乙酰化、酸改性、醚化、酯化、交联等。流变学改性通常在希望溶液中具有较高的干物质含量的时候使用，这意味着通过水解或氧化来降低粘度。对于水解，可以使用酶或酸。酸转化是通过添加酸来水解淀粉和降低粘度进行的。

氧化是许多类型的碳水化合物改性工艺中的一种。氧化是氧化剂和还原性末端之间的电子转移，这导致聚合物链长的降解以及碳水化合物分子上羰基和羧基的形成。氧化一般包括在碱性水性介质中用溴、氯或者相应的金属次卤酸盐(metal hypohalite)来处理碳水化合物，例如，用次氯酸盐如次氯酸钠来处理碳水化合物。碳水化合物的次氯酸盐氧化，尽管通常在工业上应用，但是公认其具有缺点如生成氯化挥发性有机化合物(VOCs)，其中一些是有毒的并且可能是人类致癌物，其具有相对短的保质期以及由于过量使用导致的生物处理抑制作用。

关于淀粉，例如，氧化典型地包括淀粉分子中各种键的断开和裂解。淀粉是葡萄糖聚合物，其由通过葡萄糖环上的1，4位点的醚键连接在一起的葡萄糖单元形成的线性骨架以及通过环上1，6位(unit)连接的另外的聚合物分支组成。氧化将切断这些醚键，降低淀粉分子的分子量。另外，它们也可以在2，3位(units)之间切断葡萄糖环，并且可以额外地将这些所得醛基中的一个或两者转换为羧基。氧化剂的选择、碱的用量、温度和反应时间可能导致不同的稀化(thinning)速率，以及通过氧化工艺改变在稀化淀粉中产生的羧基的数量。其它可选择的氧化剂，如高碘酸盐，随着高碘酸盐攻击2-3位键，将只攻击淀粉的某些键。在淀粉氧化期间发生的主要的反应有：(a)C-6位上的伯羟基氧化成形成糖醛酸的羧基；(b)仲醇氧化成酮；(c)在C-2和C-3位的二醇氧化成醛；(d)醛端基氧化成羰基。因此，淀粉的氧化导致形成了羰基和羧基的混合物。

自由基化学还没有被广泛应用于商业化的碳水化合物或淀粉制造。自由基是当材料中的未成对电子通过化学引发剂或化学键断裂被诱发时产生的。自由基电子极不稳定，将易于与许多物质发生反应。自由基的一个例子是羟基自由基，其是在过氧化物质如过氧化氢分裂成自由基时形成的。这可以通过激发的能量如紫外线处理该物质来完成。只要有反应的供给源，自由基反应通常都会持续地进行。供给源和自由基反应的类型可以明显不同。在自由基聚合反应中，供给源是单体并且反应通过自由基键接得到了聚合物。只要存在单体，反应就会进行。在自由基杀菌中，供给源是紫外线并且反应是化学键的破坏或断裂。同样，在这种情况下，只要供应紫外能量，反应就能进行。然而，自由基反应通常会在反应后有残余的自由基或者自由基源物质。这使得只要存在作为供给源的化学药品或能量，自由基反应就继续进行。如果用足够级别的反应能如紫外线处理过，许多可以在一个化学反应中发挥作用的化学物质如氧化剂也可以在自由基反应中使用。

在本说明书中，除非另有规定，所有的份数和百分比都是按照重量计算的。

发明概述

根据一个方面，本技术涉及碳水化合物的羟基自由基改性方法。在一个实施方案中，本申请提供了改性碳水化合物的方法，其包括用溶剂形成碳水化合物浆液并将碳水化合物与羟基自由基反应，其中羟基自由基通过在反应器中在水溶液中催化量的过氧化物利用紫外线的光解产生，并且紫外线与过氧化物的比率在约20-500瓦/克的范围内。“催化量的过氧化物”，意味着过氧化物在反应中作为催化剂使用，并且只要使用足够量的紫外线，就会持续地再生成羟基自由基并与碳水化合物反应。

在一个实施方案中，紫外线与过氧化物的比例在约30-200瓦/克的范围内。在一些实施方案中，过氧化物与碳水化合物的比例在约0.1-2.5％wt/wt的范围内。在其它的实施方案中，过氧化物与碳水化合物的比例在约0.5-1.3％wt/wt的范围内。在一个实施方案中，碳水化合物浆液具有约30％-约50％的固含量。