阴离子瓜尔胶的制备及其稀溶液性质

赵素粉，朱海林，胡志勇，谭春雷

（中北大学化工与环境学院，山西太原030051）

阴离子瓜尔胶的制备及其稀溶液性质

赵素粉，朱海林，胡志勇，谭春雷

（中北大学化工与环境学院，山西太原030051）

在碱催化剂作用下，用改性剂2-氨基乙磺酸钠-4,6-二氯-1,3,5-均三嗪与瓜尔胶反应制得新型阴离子瓜尔胶(AGG)，采用IR对AGG进行了表征。借助乌氏黏度计研究了AGG的稀溶液性质，考察了温度和外加盐浓度对AGG的影响。结果发现，随着温度的升高，其特性粘度先增大后减小；而其特性粘度则随着NaCl溶液浓度的增加先减小后增大。

阴离子瓜尔胶；黏度；溶液性质

阴离子瓜尔胶是一种瓜尔胶的衍生物，为在瓜尔胶的高分子链上引入阴离子基团，从而改善天然瓜尔胶水溶性，提高与电解质的兼容性，增加粘度的稳定性，降低水不溶物的含量。目前,最常见的阴离子瓜尔胶是羧甲基瓜尔胶，其制备方法一般有干法和醇水混合溶剂法[1，2]：将瓜尔胶与氯乙酸钠在碱催化下直接混合反应制得，或先将瓜尔胶分散在醇水混合溶剂中，用碱碱化，然后加入氯乙酸钠反应而制得。本文用改性剂2-氨基乙磺酸钠-4,6-二氯-1,3,5-均三嗪和瓜尔胶（Guar-OH）反应制备阴离子瓜尔胶（AGG），并借助乌氏黏度计研究了阴离子瓜尔胶稀溶液的黏性行为，以期为其实际应用提供理论依据。

1 实验部分

1.1 原料和仪器

瓜尔胶原粉为工业品；2-氨基乙磺酸钠-4,6-二氯-1,3,5-均三嗪，自制。

TJ270-30型红外分光光度计,中国天津市光学仪器厂；稀释型乌氏黏度计，北京玻璃集团公司产品。

1.2 阴离子瓜尔胶的制备

称取一定量的瓜尔胶于三口烧瓶中，并加入30 mL的异丙醇，在碱催化剂（30%NaOH溶液）的作用下搅拌约0．5 h后,加入阴离子改性剂，升温反应一定时间，抽滤、洗涤、干燥，将所得到的固体用甲醇抽提24 h，真空干燥，得阴离子瓜尔胶。

1.3 阴离子瓜尔胶氮含量测定和黏性行为的测定

用凯式定氮法测定产品的氮含量，并利用下式计算取代度（DS），即瓜尔胶结构单元上被取代基团的平均数目：

式中：486为瓜尔胶结构单元的平均分子量；259.5为阴离子改性剂接枝到瓜尔胶上结构单元的相对分子质量；14为氮的相对原子质量；ω为产物中氮的质量分数；4为改性剂分子中N原子个数。

采用稀释法用乌氏黏度计测定AGG稀溶液的黏度，计算公式如下:

式中ηsp：为增比黏度；ηr为相对黏度；t和t0分别是AGG溶液和纯溶剂在黏度计毛细管中的流出时间。

2 结果与讨论

2.1 目标产物的红外谱图分析

瓜尔胶的红外谱图如图1所示，3384 cm-1为瓜尔胶上的—OH伸缩振动，2924 cm-1为糖单元中—CH2的C-H伸缩振动，1657 cm-1为半乳糖/甘露糖的环振动，阴离子瓜尔胶的红外谱图如图2所示，与图1相比，1425 cm-1为与氮相连的—CH3的C-H对称变形振动，1190 cm-1和1040 cm-1分别为C-N的不对称和对称的伸缩振动吸收峰，阴离子改性剂已经接到瓜尔胶上。

2.2 AGG氮含量测定结果

用NaCO3溶液为标准，采用酸式滴定法对HCl进行标定，所用的盐酸体积为：

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

由式（1）计算样品取代度，结果如表1所示：

表1 取代度计算结果

2.3 AGG水溶液的黏性特征

2.3.1 浓度对AGG水溶液的特性黏度的影响

由图3可知：阴离子型瓜尔胶溶液的比浓粘度ηsp/C与质量C有较好的线性关系，且随着浓度的降低特性粘度[η]逐渐减小，聚合物分子链之间的距离逐渐增长，因而分子间作用力减弱，这与稀溶液一般性质相符。

2.3.2 温度对AGG水溶液的特性黏度的影响

随着温度的升高其不同取代度的阴离子瓜尔胶特性粘度先上升后降低，其原因是，随着温度升高，增加了阴离子型瓜尔胶分子链上阴离子的活性，从而阴离子瓜尔胶的黏度增大，但当温度升高到一定温度时，会导致高分子链发生变形，从而使其粘度有所下降。

2.3.3 NaCl质量浓度对AGG水溶液的特性黏度的影响

由图5可知取代度DS=0．18的阴离子瓜尔胶，随着盐浓度的增加，特性黏度开始随着外加盐浓度增大而减小，表现出一般聚电解质溶液性质。原因在于随着盐浓度的增大，聚离子被反离子中和或屏蔽，聚电解质离子化程度减小，静电斥力减小，结果导致高分子链收缩卷曲程度增大，特性黏度减小。但DS=0．32的阴离子瓜尔胶随着NaCl浓度的增加黏度是先减小后增大，增大的原因主要是外加盐破坏了阴离子型瓜尔胶分子链上阴离子相互作用形成的内盐键，增强了阴离子瓜尔胶分子与溶剂之间的相互作用能力而使分子链变得比较自由和舒展所致。由此可见，阴离子瓜尔胶在盐溶液中有较强的耐盐能力。

3 结论

采用干法合成阴离子型瓜尔胶,制得了取代度分别为0．18和0．32的阴离子瓜尔胶，并对其稀溶液性质进行了考察。在考察外加盐质量浓度范围内，AGG的特性黏度[η]随NaCl质量浓度的增大先降低后升高,同时发现随着温度的升高，AGG的特性粘度先增大后减小。

［1］ 熊燕，胡志勇．两性离子型瓜尔胶的合成研究[J]．化工时刊，2007，1(21):37-40

［2］ 具本植，张淑芬，杨锦宗．高取代度阳离子淀粉干法制备研究[J]．大连理工大学报，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