干法合成阳离子瓜尔胶的研究

刘贺　朱虎

摘要：以工业级瓜尔胶片为原料，3一氯一2一羟丙基氯化铵为原料为醚化剂，工业级液碱和相转移催化剂S为催化剂，在无有机溶剂条件下合成了阳离子瓜尔胶，考察了产品pH值、反应温度、醚化剂用量对阳离子瓜尔胶粘度的影响。得出最佳合成条件为：反应温度50℃，醚化剂与瓜尔胶的质量比1：10、催化剂与瓜尔胶的质量比0.05：1、反应时间3.5-4h，阳离子瓜尔胶取代度为0.10-0.12，布氏粘度为5000-5500。

关键词：瓜尔胶;阳离子;干法

1概述

瓜尔胶（guar gum）是从种植于印度、巴基斯坦的豆科植物一瓜尔胶豆的胚乳中提取的一种天然多糖[1]。瓜尔胶豆的胚乳也叫做瓜尔胶片。从瓜尔胶片中提取的天然瓜尔胶的水溶性、粘度稳定性、溶液透明性和抗菌性等方面存在一定缺陷，使其应用受到一定限制。对天然瓜尔胶进行化学改性，可以改善瓜尔胶的水溶性，降低水不溶物含量，提高电解质的兼容性，增加黏度的稳定性，从而扩大瓜尔胶的应用领域[2-3]。阳离子瓜尔胶是近年来被广泛用于日化、造纸、制药行业的改性瓜尔胶。阳离子瓜尔胶的制备分为干法和湿法两种，湿法能耗高、成本高、风险大，产品竞争力小。干法成本低、效率高、操作简单，但是目前所报道的干法多是用瓜尔胶粉为原料制备阳离子瓜尔胶，本实验以瓜尔胶胚乳即瓜尔胶片为原料制备阳离子瓜尔胶，其成本进一步降低，效率进一步提高，增大产品市场竞争力，对中小型企业具有重要意义。

2实验部分

2.1原理

干法制备阳离子瓜尔胶是采用瓜尔胶片、阳离子醚化剂（3一氯-2 -羟丙基三甲基氯化铵）、粒碱及催化剂S为主要原料，在不锈钢反应釜中醚化，再经三辊研磨、烘干、粉碎、过筛后得到产品。

反应式如下：式中CG-OH代表瓜尔胶。

2.2试剂及仪器

2.2.1主要试剂

瓜尔胶片，印度进口工业品;

阳离子醚化剂，工业品（含量> 98%）;

粒碱，工业品（含量> 98%）;

催化剂S，工业品（含量> 98%）。

2.2.2主要仪器

3L不锈钢反应釜一台，鼓风干燥烘箱一台，S型三辊研磨机一台，高速粉碎机一台，振筛机一台，粘度计一台，pH计一台，烧杯若干。

2.3实验方法

反应釜氮气置换，加入瓜尔胶片，配置一定浓度的液碱，加入釜内，搅拌40min后，按一定比例加入液体醚化剂及催化剂S，升温至反应温度继续反应约3-3.5h，加入一定量醋酸调节pH。取出后经三辊研磨、烘干、粉碎、过筛得到产品。

3结果与分析

3.1 pH对产品粘度的影响

醚化剂与瓜尔胶的质量比为1：10，反应温度为48℃，反应4h。随着pH的升高，产品粘度并没有明显变化。阳离子瓜尔胶产品的pH并不影响其粘度值。瓜尔胶醚化后用醋酸代替盐酸调节pH值，可以有效减少氯离子对不锈钢釜的腐蚀。

3.2反应温度对产品粘度的影响

醚化剂与瓜尔胶的质量比为1：10，反应时间为4h，pH为7.0。反应温度为50℃时，产品布氏粘度达到最大值5500cps，反应温度继续升高，粘度开始迅速下降。温度过高会对瓜尔胶分子链造成破坏，使其从高分子变为低分子，从而粘度降低。因此，适宜的反应温度为50℃。

3.3醚化取代度对产品粘度影响

反应温度为50℃，反应时间为4h，pH为7.0。随着取代度的增加，产品布氏粘度逐渐下降。阳离子醚化后的瓜尔胶中羟基与羟基之间的H键减弱，因此瓜尔胶粘度降低，但是随着取代度的增加瓜尔胺的溶液透明性和溶解性增强。市场上的阳离子瓜尔胶取代度为0.11左右，但粘度只有3000左右。可知，本产品取代度在0. 10-0. 12时，产品粘度为5000-5500。本产品可在保证相同粘度、溶解性和透明度的前提下，用量较少，可更进一步降低客户使用成本。

4结论

①以工业级瓜尔胶片为原料，3-氯-2一羟丙基氯化铵为原料为醚化剂，工业级液碱和相转移催化剂S为催化剂，在无有机溶剂条件下制备阳离子瓜尔胶的较佳条件为：反应温度50℃，醚化剂与瓜尔胶的质量比1：10、催化剂与瓜尔胶的质量比0.05：1、反应时间3.5-4h，阳离子瓜尔胶取代度为0.10-0.12，布氏粘度为5000-5500;

②产品pH值的大小与粘度无关，产品粘度不随pH的变化而变化;反应温度过高会造成瓜尔胶分子链断裂，反应温度过低又会降低反应效率，反应温度和粘度之间存在较佳值;随着醚化剂用量的增大，产品粘度降低，取代度和产品粘度之间存在较佳值。

参考文献：

[1]邹时英，王克，殷勤俭等.瓜尔胶的改性研究[J].化学研究与应用，2003，15（3）：317-320.

[2]刘娟，邓小波，陈现景等.有机溶剂法合成陽离子瓜尔胶研究[J].轻工科技.2013（6）：34-35.

[3]贺小兰，朱进，邓勋民.干法制阳离子瓜尔胶[J].山东化工，2012，41（2）：24-25.