干法合成陽離子瓜爾膠的研究

劉賀　朱虎

摘要：以工業(yè)級瓜爾膠片為原料，3一氯一2一羥丙基氯化銨為原料為醚化劑，工業(yè)級液堿和相轉(zhuǎn)移催化劑S為催化劑，在無有機(jī)溶劑條件下合成了陽離子瓜爾膠，考察了產(chǎn)品pH值、反應(yīng)溫度、醚化劑用量對陽離子瓜爾膠粘度的影響。得出最佳合成條件為：反應(yīng)溫度50℃，醚化劑與瓜爾膠的質(zhì)量比1：10、催化劑與瓜爾膠的質(zhì)量比0.05：1、反應(yīng)時間3.5-4h，陽離子瓜爾膠取代度為0.10-0.12，布氏粘度為5000-5500。

關(guān)鍵詞：瓜爾膠;陽離子;干法

1概述

瓜爾膠（guar gum）是從種植于印度、巴基斯坦的豆科植物一瓜爾膠豆的胚乳中提取的一種天然多糖[1]。瓜爾膠豆的胚乳也叫做瓜爾膠片。從瓜爾膠片中提取的天然瓜爾膠的水溶性、粘度穩(wěn)定性、溶液透明性和抗菌性等方面存在一定缺陷，使其應(yīng)用受到一定限制。對天然瓜爾膠進(jìn)行化學(xué)改性，可以改善瓜爾膠的水溶性，降低水不溶物含量，提高電解質(zhì)的兼容性，增加黏度的穩(wěn)定性，從而擴(kuò)大瓜爾膠的應(yīng)用領(lǐng)域[2-3]。陽離子瓜爾膠是近年來被廣泛用于日化、造紙、制藥行業(yè)的改性瓜爾膠。陽離子瓜爾膠的制備分為干法和濕法兩種，濕法能耗高、成本高、風(fēng)險大，產(chǎn)品競爭力小。干法成本低、效率高、操作簡單，但是目前所報道的干法多是用瓜爾膠粉為原料制備陽離子瓜爾膠，本實(shí)驗(yàn)以瓜爾膠胚乳即瓜爾膠片為原料制備陽離子瓜爾膠，其成本進(jìn)一步降低，效率進(jìn)一步提高，增大產(chǎn)品市場競爭力，對中小型企業(yè)具有重要意義。

2實(shí)驗(yàn)部分

2.1原理

干法制備陽離子瓜爾膠是采用瓜爾膠片、陽離子醚化劑（3一氯-2 -羥丙基三甲基氯化銨）、粒堿及催化劑S為主要原料，在不銹鋼反應(yīng)釜中醚化，再經(jīng)三輥研磨、烘干、粉碎、過篩后得到產(chǎn)品。

反應(yīng)式如下：式中CG-OH代表瓜爾膠。

2.2試劑及儀器

2.2.1主要試劑

瓜爾膠片，印度進(jìn)口工業(yè)品;

陽離子醚化劑，工業(yè)品（含量> 98%）;

粒堿，工業(yè)品（含量> 98%）;

催化劑S，工業(yè)品（含量> 98%）。

2.2.2主要儀器

3L不銹鋼反應(yīng)釜一臺，鼓風(fēng)干燥烘箱一臺，S型三輥研磨機(jī)一臺，高速粉碎機(jī)一臺，振篩機(jī)一臺，粘度計(jì)一臺，pH計(jì)一臺，燒杯若干。

2.3實(shí)驗(yàn)方法

反應(yīng)釜氮?dú)庵脫Q，加入瓜爾膠片，配置一定濃度的液堿，加入釜內(nèi)，攪拌40min后，按一定比例加入液體醚化劑及催化劑S，升溫至反應(yīng)溫度繼續(xù)反應(yīng)約3-3.5h，加入一定量醋酸調(diào)節(jié)pH。取出后經(jīng)三輥研磨、烘干、粉碎、過篩得到產(chǎn)品。

3結(jié)果與分析

3.1 pH對產(chǎn)品粘度的影響

醚化劑與瓜爾膠的質(zhì)量比為1：10，反應(yīng)溫度為48℃，反應(yīng)4h。隨著pH的升高，產(chǎn)品粘度并沒有明顯變化。陽離子瓜爾膠產(chǎn)品的pH并不影響其粘度值。瓜爾膠醚化后用醋酸代替鹽酸調(diào)節(jié)pH值，可以有效減少氯離子對不銹鋼釜的腐蝕。

3.2反應(yīng)溫度對產(chǎn)品粘度的影響

醚化劑與瓜爾膠的質(zhì)量比為1：10，反應(yīng)時間為4h，pH為7.0。反應(yīng)溫度為50℃時，產(chǎn)品布氏粘度達(dá)到最大值5500cps，反應(yīng)溫度繼續(xù)升高，粘度開始迅速下降。溫度過高會對瓜爾膠分子鏈造成破壞，使其從高分子變?yōu)榈头肿?，從而粘度降低。因此，適宜的反應(yīng)溫度為50℃。

3.3醚化取代度對產(chǎn)品粘度影響

反應(yīng)溫度為50℃，反應(yīng)時間為4h，pH為7.0。隨著取代度的增加，產(chǎn)品布氏粘度逐漸下降。陽離子醚化后的瓜爾膠中羥基與羥基之間的H鍵減弱，因此瓜爾膠粘度降低，但是隨著取代度的增加瓜爾胺的溶液透明性和溶解性增強(qiáng)。市場上的陽離子瓜爾膠取代度為0.11左右，但粘度只有3000左右?？芍?，本產(chǎn)品取代度在0. 10-0. 12時，產(chǎn)品粘度為5000-5500。本產(chǎn)品可在保證相同粘度、溶解性和透明度的前提下，用量較少，可更進(jìn)一步降低客戶使用成本。

4結(jié)論

①以工業(yè)級瓜爾膠片為原料，3-氯-2一羥丙基氯化銨為原料為醚化劑，工業(yè)級液堿和相轉(zhuǎn)移催化劑S為催化劑，在無有機(jī)溶劑條件下制備陽離子瓜爾膠的較佳條件為：反應(yīng)溫度50℃，醚化劑與瓜爾膠的質(zhì)量比1：10、催化劑與瓜爾膠的質(zhì)量比0.05：1、反應(yīng)時間3.5-4h，陽離子瓜爾膠取代度為0.10-0.12，布氏粘度為5000-5500;

②產(chǎn)品pH值的大小與粘度無關(guān)，產(chǎn)品粘度不隨pH的變化而變化;反應(yīng)溫度過高會造成瓜爾膠分子鏈斷裂，反應(yīng)溫度過低又會降低反應(yīng)效率，反應(yīng)溫度和粘度之間存在較佳值;隨著醚化劑用量的增大，產(chǎn)品粘度降低，取代度和產(chǎn)品粘度之間存在較佳值。

參考文獻(xiàn)：

[1]鄒時英，王克，殷勤儉等.瓜爾膠的改性研究[J].化學(xué)研究與應(yīng)用，2003，15（3）：317-320.

[2]劉娟，鄧小波，陳現(xiàn)景等.有機(jī)溶劑法合成陽離子瓜爾膠研究[J].輕工科技.2013（6）：34-35.

[3]賀小蘭，朱進(jìn)，鄧勛民.干法制陽離子瓜爾膠[J].山東化工，2012，41（2）：24-25.