陰離子瓜爾膠的制備及其稀溶液性質(zhì)

趙素粉，朱海林，胡志勇，譚春雷

（中北大學(xué)化工與環(huán)境學(xué)院，山西太原030051）

陰離子瓜爾膠的制備及其稀溶液性質(zhì)

趙素粉，朱海林，胡志勇，譚春雷

（中北大學(xué)化工與環(huán)境學(xué)院，山西太原030051）

在堿催化劑作用下，用改性劑2-氨基乙磺酸鈉-4,6-二氯-1,3,5-均三嗪與瓜爾膠反應(yīng)制得新型陰離子瓜爾膠(AGG)，采用IR對AGG進行了表征。借助烏氏黏度計研究了AGG的稀溶液性質(zhì)，考察了溫度和外加鹽濃度對AGG的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，隨著溫度的升高，其特性粘度先增大后減??；而其特性粘度則隨著NaCl溶液濃度的增加先減小后增大。

陰離子瓜爾膠；黏度；溶液性質(zhì)

陰離子瓜爾膠是一種瓜爾膠的衍生物，為在瓜爾膠的高分子鏈上引入陰離子基團，從而改善天然瓜爾膠水溶性，提高與電解質(zhì)的兼容性，增加粘度的穩(wěn)定性，降低水不溶物的含量。目前,最常見的陰離子瓜爾膠是羧甲基瓜爾膠，其制備方法一般有干法和醇水混合溶劑法[1，2]：將瓜爾膠與氯乙酸鈉在堿催化下直接混合反應(yīng)制得，或先將瓜爾膠分散在醇水混合溶劑中，用堿堿化，然后加入氯乙酸鈉反應(yīng)而制得。本文用改性劑2-氨基乙磺酸鈉-4,6-二氯-1,3,5-均三嗪和瓜爾膠（Guar-OH）反應(yīng)制備陰離子瓜爾膠（AGG），并借助烏氏黏度計研究了陰離子瓜爾膠稀溶液的黏性行為，以期為其實際應(yīng)用提供理論依據(jù)。

1 實驗部分

1.1 原料和儀器

瓜爾膠原粉為工業(yè)品；2-氨基乙磺酸鈉-4,6-二氯-1,3,5-均三嗪，自制。

TJ270-30型紅外分光光度計,中國天津市光學(xué)儀器廠；稀釋型烏氏黏度計，北京玻璃集團公司產(chǎn)品。

1.2 陰離子瓜爾膠的制備

稱取一定量的瓜爾膠于三口燒瓶中，并加入30 mL的異丙醇，在堿催化劑（30%NaOH溶液）的作用下攪拌約0．5 h后,加入陰離子改性劑，升溫反應(yīng)一定時間，抽濾、洗滌、干燥，將所得到的固體用甲醇抽提24 h，真空干燥，得陰離子瓜爾膠。

1.3 陰離子瓜爾膠氮含量測定和黏性行為的測定

用凱式定氮法測定產(chǎn)品的氮含量，并利用下式計算取代度（DS），即瓜爾膠結(jié)構(gòu)單元上被取代基團的平均數(shù)目：

式中：486為瓜爾膠結(jié)構(gòu)單元的平均分子量；259.5為陰離子改性劑接枝到瓜爾膠上結(jié)構(gòu)單元的相對分子質(zhì)量；14為氮的相對原子質(zhì)量；ω為產(chǎn)物中氮的質(zhì)量分數(shù)；4為改性劑分子中N原子個數(shù)。

采用稀釋法用烏氏黏度計測定AGG稀溶液的黏度，計算公式如下:

式中ηsp：為增比黏度；ηr為相對黏度；t和t0分別是AGG溶液和純?nèi)軇┰陴ざ扔嬅毠苤械牧鞒鰰r間。

2 結(jié)果與討論

2.1 目標產(chǎn)物的紅外譜圖分析

瓜爾膠的紅外譜圖如圖1所示，3384 cm-1為瓜爾膠上的—OH伸縮振動，2924 cm-1為糖單元中—CH2的C-H伸縮振動，1657 cm-1為半乳糖/甘露糖的環(huán)振動，陰離子瓜爾膠的紅外譜圖如圖2所示，與圖1相比，1425 cm-1為與氮相連的—CH3的C-H對稱變形振動，1190 cm-1和1040 cm-1分別為C-N的不對稱和對稱的伸縮振動吸收峰，陰離子改性劑已經(jīng)接到瓜爾膠上。

2.2 AGG氮含量測定結(jié)果

用NaCO3溶液為標準，采用酸式滴定法對HCl進行標定，所用的鹽酸體積為：

V=V1-V2=34.2mL-0.45mL=33.85mL，可得HCl濃度C=0.121 mol/L

由式（1）計算樣品取代度，結(jié)果如表1所示：

表1 取代度計算結(jié)果

2.3 AGG水溶液的黏性特征

2.3.1 濃度對AGG水溶液的特性黏度的影響

由圖3可知：陰離子型瓜爾膠溶液的比濃粘度ηsp/C與質(zhì)量C有較好的線性關(guān)系，且隨著濃度的降低特性粘度[η]逐漸減小，聚合物分子鏈之間的距離逐漸增長，因而分子間作用力減弱，這與稀溶液一般性質(zhì)相符。

2.3.2 溫度對AGG水溶液的特性黏度的影響

隨著溫度的升高其不同取代度的陰離子瓜爾膠特性粘度先上升后降低，其原因是，隨著溫度升高，增加了陰離子型瓜爾膠分子鏈上陰離子的活性，從而陰離子瓜爾膠的黏度增大，但當(dāng)溫度升高到一定溫度時，會導(dǎo)致高分子鏈發(fā)生變形，從而使其粘度有所下降。

2.3.3 NaCl質(zhì)量濃度對AGG水溶液的特性黏度的影響

由圖5可知取代度DS=0．18的陰離子瓜爾膠，隨著鹽濃度的增加，特性黏度開始隨著外加鹽濃度增大而減小，表現(xiàn)出一般聚電解質(zhì)溶液性質(zhì)。原因在于隨著鹽濃度的增大，聚離子被反離子中和或屏蔽，聚電解質(zhì)離子化程度減小，靜電斥力減小，結(jié)果導(dǎo)致高分子鏈收縮卷曲程度增大，特性黏度減小。但DS=0．32的陰離子瓜爾膠隨著NaCl濃度的增加黏度是先減小后增大，增大的原因主要是外加鹽破壞了陰離子型瓜爾膠分子鏈上陰離子相互作用形成的內(nèi)鹽鍵，增強了陰離子瓜爾膠分子與溶劑之間的相互作用能力而使分子鏈變得比較自由和舒展所致。由此可見，陰離子瓜爾膠在鹽溶液中有較強的耐鹽能力。

3 結(jié)論

采用干法合成陰離子型瓜爾膠,制得了取代度分別為0．18和0．32的陰離子瓜爾膠，并對其稀溶液性質(zhì)進行了考察。在考察外加鹽質(zhì)量濃度范圍內(nèi)，AGG的特性黏度[η]隨NaCl質(zhì)量濃度的增大先降低后升高,同時發(fā)現(xiàn)隨著溫度的升高，AGG的特性粘度先增大后減小。

［1］ 熊燕，胡志勇．兩性離子型瓜爾膠的合成研究[J]．化工時刊，2007，1(21):37-40

［2］ 具本植，張淑芬，楊錦宗．高取代度陽離子淀粉干法制備研究[J]．大連理工大學(xué)報，2002，3(12):290-293．

Preparation of anionic guar gum and properties of its dilute aqueous solution

ZHAO Su-fen,ZHU Hai-lin,HU Zhi-yong,TAN Chun-lei
(College of Chemical Engineering and Environment,North University of China,Taiyuan,030051,China)

Under alkalic condition,the anionic guar gum (AGG)was prepared through the reaction of the modifying agent,2-(2-sulfonated)ethylamino-4,6-dichloro-1,3,5-triazine，and guar gum．The AGG was characterized by IR spectrum．Viscosity behavior of the aqueous solution of AGG was studied by means of Ubbelohde viscometer．Influences of temperatures and differents concentration of electrolyte added into the AGG solution on the properties of AGG were examined．The results showed that the reduced viscosity first decreases then increases as the concentration of NaCl increased,the trend of the reduced viscosity with the temperature is reveise．

anionic guar gum；viscosity；solution properties

book=2010,ebook=142

10．3969/j．issn．1008-1267．2010．04．008

TQ281

A

1008-1267（2010）04-022-03

2010-02-01