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瓜爾膠的改性及其在造紙中的應(yīng)用

發(fā)布日期:2014-10-08 14:33:56
瓜爾膠的改性及其在造紙中的應(yīng)用研究
瓜爾膠的改性及其在造紙中的應(yīng)用
瓜爾膠的改性及其在造紙中的應(yīng)用,瓜爾膠是一種天然的聚半乳甘露糖膠,從產(chǎn)于印 度、巴基斯坦等地的瓜爾豆種子的胚乳中提取。獨(dú)特 的結(jié)構(gòu)特征決定了瓜爾膠易于被化學(xué)改性,其衍生物 在造紙工業(yè)中的應(yīng)用十分廣泛[1]。
1瓜爾膠的結(jié)構(gòu)及理化性能
瓜爾膠的主要成分是半乳甘露聚糖,其主鏈由甘 露糖通過(guò)0-1,4-糖苷鍵連接而成,半乳糖則通過(guò)a-1, 6-糖苷鍵連接在主鏈上(見圖1),通常甘露糖與半乳 糖的摩爾比為2:1,相對(duì)分子質(zhì)量約為20萬(wàn)~ 30萬(wàn)。 也有因來(lái)源、產(chǎn)地不同,甘露糖與半乳糖的摩爾比為 1.5~ 3相對(duì)分子質(zhì)量約為100萬(wàn)~ 200萬(wàn)[2]。
 
如圖1所示,從支鏈的半乳糖來(lái)看,有4個(gè)羥基 可以參與酯化或醚化反應(yīng),由于空間位阻效應(yīng),羥甲 基中的伯羥基反應(yīng)活性最強(qiáng)。此外,甘露糖的羥基也 具有一定的反應(yīng)活性。瓜爾膠的改性及其在造紙中的應(yīng)用,許多淀粉分子形成螺旋狀結(jié) 構(gòu),而瓜爾膠分子則形成直鏈結(jié)構(gòu)。所以瓜爾膠的活
性基團(tuán)比淀粉更容易與纖維接近[3]。
瓜爾膠是一種溶脹高聚物,水是唯一的通用溶 劑,也能以有限的溶解度溶于與水混溶的溶劑中, 如乙醇液。天然膠中瓜爾膠的黏度最高,其質(zhì)量分 數(shù)為1%的水溶液,黏度在4000~ 5000 mPa* s之 間,具體黏度取決于粒子大小、制備條件及溫度。 普通瓜爾膠水溶液在IH值為6~ 8時(shí),黏度最高, jH值在10以上時(shí),黏度則迅速降低。分散于冷水中 2 h后,呈現(xiàn)較強(qiáng)黏度,以后黏度逐漸増大,24 h后 達(dá)到最高,黏稠力為淀粉糊的5~ 8倍,加熱則迅速 達(dá)到最高黏度,膠溶液的黏度隨膠粉粒子直徑的減小 而増加;水化速率則隨溫度的上升而加快。如果在 85°C下制備,10m in即可水化達(dá)到最大黏度,但長(zhǎng)時(shí) 間高溫處理將導(dǎo)致瓜爾膠本身的分子質(zhì)量降低,黏度 下降[4]。
瓜爾膠具有良好的無(wú)機(jī)鹽類兼容性能,耐受1價(jià) 金屬鹽,如耐受食鹽的濃度可高達(dá)60%,但高價(jià)金 屬離子的存在可使其溶解度下降。控制溶液iH值, 瓜爾膠能與硼酸鹽、金屬離子等交聯(lián)劑反應(yīng),生成稍 帶彈性的黏質(zhì),瓜爾膠還能生成一定黏度的水溶性 薄膜[5]。
研究表明,作為天然高分子, 瓜爾膠易被酶和細(xì)菌分解而不能長(zhǎng)期儲(chǔ)存,抑制酶和 細(xì)菌的方法是在溶液中加入NaS2〇3和NaN3 (疊氮 化鈉,廣泛用于防腐、殺菌)。Q.Wang等[7]研究了 瓜爾膠在酸性條件下的穩(wěn)定性,在50°C、洱值為3 的條件下基本不水解,pH值低于3時(shí)將有不同程度 的水解,而在室溫25°C時(shí),即使pH值為1.0時(shí)也基 
本不水解,說(shuō)明瓜爾膠具有較強(qiáng)的耐酸性。但H2SO4 或三氟乙酸等強(qiáng)酸能夠使其完全水解為單糖,可利用 此性質(zhì)測(cè)定瓜爾膠及其衍生物中兩種單糖的比例。
2瓜爾膠的改性及應(yīng)用
瓜爾膠具有很好的水溶性和増稠性,但原粉往往 具有下述缺點(diǎn):^氷不溶物含量高;@不能快速溶脹 和水合,溶解速度慢;③黏度不易控制;④易被微生 物分解而不能長(zhǎng)期保存等。由于這些缺點(diǎn)使瓜爾膠的 應(yīng)用受到很大限制,因此需要改變其理化特性,使其 可廣泛應(yīng)用。
2.1非離子瓜爾膠
2. 1.1非離子瓜爾膠的制備
非離子瓜爾膠的制備是研究得最為成熟的一種改 性方法。瓜爾膠在異丙醇、水等介質(zhì)中,在Na3H存 在時(shí),與環(huán)氧丙烷反應(yīng),即得羥丙基瓜爾膠[8]。Mao H. Yueh[9]用環(huán)氧丙基與瓜爾膠在醇水混合介質(zhì)中, 用NaOH作催化劑,溫度50~ 100°C,時(shí)間1~ 15 h (取決于反應(yīng)溫度、反應(yīng)物量以及反應(yīng)程度),進(jìn)行 瓜爾膠醚化反應(yīng),制得羥丙基瓜爾膠。合成的羥丙基 瓜爾膠水溶液,在質(zhì)量分?jǐn)?shù)1%、25°C時(shí),黏度為 5600mPa* s取代度為〇■ 55 500~ 600 nm的透光率 為88%。產(chǎn)物灰分為0.38%。用氯代脂肪酸進(jìn)行醚 化,同樣可以制得非離子醚化瓜爾膠[10]。
鄒時(shí)英等[11]通過(guò)研究,推測(cè)羥丙基是以長(zhǎng)鏈方 式與瓜爾膠相連,而不是在糖單元上均勻分布;發(fā)現(xiàn) 羥丙基瓜爾膠不含晶體結(jié)構(gòu),外形呈粒狀結(jié)構(gòu)。
2.1.2非離子瓜爾膠的應(yīng)用
由于非離子瓜爾膠可與纖維迅速鍵合和吸附,増 加了纖維間的接觸點(diǎn),増大了纖維間的結(jié)合面積,以 及這些纖維在干燥時(shí)產(chǎn)生強(qiáng)烈的黏附作用,使纖維結(jié) 合強(qiáng)度増加[12],非離子瓜爾膠可作為増強(qiáng)劑。目前, 瓜爾膠在濾嘴棒紙生產(chǎn)中的應(yīng)用是最成功的。大多數(shù) 卷煙紙廠都采用増加闊葉漿比例來(lái)調(diào)節(jié)透氣度,但闊 葉漿纖維較短,強(qiáng)度較低,用量過(guò)大時(shí)往往造成紙張 縱向抗張強(qiáng)度和伸長(zhǎng)率不能滿足工藝要求。陳衛(wèi)平等 研究認(rèn)為羥丙基瓜爾膠増強(qiáng)劑在卷煙紙的増強(qiáng)中能起 到很好的増強(qiáng)效果,而且發(fā)現(xiàn)瓜爾膠內(nèi)部的性質(zhì)對(duì)増 強(qiáng)效果有很大的影響[13]。
非離子瓜爾膠添加量約為成紙的0.3% ~ 0.3%, 溶解時(shí)其質(zhì)量分?jǐn)?shù)盡量不超過(guò)1%。預(yù)先溶解后可加 到打漿后的高濃漿池中。非離子改性瓜爾膠能使紙機(jī) 網(wǎng)部濾水速度得到有效控制,提高水印輥的運(yùn)行性 能,改善成紙強(qiáng)度。另外,非離子瓜爾膠還可用于卷 煙紙表面施膠,改善紙張的表面性能,瓜爾膠的改性及其在造紙中的應(yīng)用,提高卷煙紙的 燃燒質(zhì)量,改善包灰質(zhì)量和包灰顏色。在施膠過(guò)程 中,還可與淀粉、羧甲基纖維素(CMC)、聚乙烯醇 (PVA)等化學(xué)品配合使用[14]。
2. 2陽(yáng)離子瓜爾膠
2. 2.1陽(yáng)離子瓜爾膠的制備
叔胺烷基醚和季銨烷基醚瓜爾膠是主要的商品陽(yáng) 離子瓜爾膠。與叔胺烷基醚瓜爾膠相比,季銨烷基醚 瓜爾膠陽(yáng)離子性強(qiáng)且可在廣泛的!H值范圍內(nèi)使用。 季銨烷基醚瓜爾膠發(fā)展迅速,特別是帶有環(huán)氧的陽(yáng)離 子化試劑制備的陽(yáng)離子瓜爾膠。制備季銨烷基醚瓜爾 膠時(shí),首先瓜爾膠分子上的活性羥基與NaOH反應(yīng)生 成醇鈉,然后再與季銨陽(yáng)離子醚化劑發(fā)生雙分子親核 取代反應(yīng),生成陽(yáng)離子瓜爾膠。陽(yáng)離子醚化劑的種類 很多,包括環(huán)氧丙基三甲基氯化銨、氯丙基三甲基氯 化銨、二丙烯基二甲基氯化銨、3-氯-2-羥丙基三甲基 氯化銨等[15]。
通常按反應(yīng)體系中溶劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)及物態(tài)的不 同,將陽(yáng)離子瓜爾膠的合成分為3大類,如表1[16—18]
所示。
表1陽(yáng)離子瓜爾膠合成方法比較
方法有機(jī)溶劑法干法半干法
溶劑大量水溶性有機(jī)溶劑(乙醇、甲醇、異丙 醇等)w ( H2O ) < 20%w (心〇)為 20% ?40%
有機(jī)溶劑防止了瓜爾膠的潤(rùn)脹,使瓜爾膠工藝簡(jiǎn)單,基本無(wú)三廢;不必陽(yáng)離子化試劑不必精煉,多余的環(huán)氧氯丙烷與副 產(chǎn)物沸點(diǎn)比較低,一般在干燥過(guò)程中可除去;不 必加入抗凝膠劑和多種催化劑;工藝簡(jiǎn)單,基本 無(wú)三廢;反應(yīng)條件溫和,轉(zhuǎn)化率高
優(yōu)點(diǎn)在顆粒狀態(tài)下順利、均勻地反應(yīng),工藝簡(jiǎn) 單,易于工業(yè)化生產(chǎn)加入抗凝膠劑和很多催化劑; 反應(yīng)轉(zhuǎn)化率高
缺點(diǎn)有機(jī)溶劑用量大,在實(shí)際生產(chǎn)中要求回收 重復(fù)利用,并存在一定的安全隱患,制備 高取代度陽(yáng)離子瓜爾膠困難反應(yīng)不均勻,對(duì)設(shè)備要求高 (需加防爆裝置)
適用范圍制備低取代度產(chǎn)品制備高取代度產(chǎn)品制備高、低取代度產(chǎn)品
有機(jī)溶劑法是濕法的一種,此外,濕法還包括水 溶劑法。相比較而言,濕法研究較為成熟。其優(yōu)點(diǎn)是 
反應(yīng)條件溫和,生產(chǎn)設(shè)備簡(jiǎn)單;缺點(diǎn)是必須添加抗凝 膠劑等化學(xué)助劑;后處理困難,包括用大量的水洗滌 和干燥;制備高取代度陽(yáng)離子瓜爾膠困難,后處理時(shí) 有大量的未反應(yīng)試劑和瓜爾膠流失,造成嚴(yán)重的廢水 污染問(wèn)題。因此有逐漸被干法取代的趨勢(shì)。
干法、半干法是近幾年發(fā)展起來(lái)的,特別是有關(guān) 半干法少有報(bào)道。干法是在一定的溫度下將陽(yáng)離子化 試劑與堿的混合物噴到干瓜爾膠原粉上反應(yīng)制得陽(yáng)離 子瓜爾膠。干法制備陽(yáng)離子瓜爾膠工藝的優(yōu)點(diǎn)很突 出,如表1所示,在發(fā)達(dá)國(guó)家己經(jīng)用于生產(chǎn),但此法 對(duì)設(shè)備要求很高,國(guó)內(nèi)基本沒有應(yīng)用。
半干法是將堿與適量的水和有機(jī)醇噴入瓜爾膠, 攪拌均勻,再加入陽(yáng)離子醚化劑,混合均勻后在指定 溫度下反應(yīng)一定時(shí)間即得粗產(chǎn)品。半干法的含水量介 于濕法與干法之間,避免了兩者的某些缺點(diǎn),且同時(shí) 適于制備高、低取代度的產(chǎn)品。
國(guó)外新研制的一種管式發(fā)生器[19]可使瓜爾膠的 醚化反應(yīng)連續(xù)進(jìn)行,其使瓜爾膠粉、堿、醚化劑的漿 狀物在無(wú)氧條件下連續(xù)通過(guò)反應(yīng)器,控制一定溫度和 反應(yīng)時(shí)間而得到一定取代度的產(chǎn)品。據(jù)報(bào)道[9],用 1-氯-2-羥丙基三甲基氯化銨作為陽(yáng)離子醚化劑,用異 丙醇作反應(yīng)溶劑制備陽(yáng)離子瓜爾膠,所得產(chǎn)物在 25°C時(shí)黏度為1600 mPa* s氮含量為1%,500~ 600nm范圍內(nèi)的透光率為93%,產(chǎn)物取代度為0. 23„
秦麗娟等™討論了半干法合成陽(yáng)離子瓜爾膠的 影響因素,優(yōu)化出合成陽(yáng)離子瓜爾膠的最佳工藝條件 為:催化劑堿用量1.5%,體系含水量20%,溫度 70°C,時(shí)間4.5 h陽(yáng)離子醚化劑用量37%。萬(wàn)小芳 等[21]用泥漿法合成陽(yáng)離子羥乙基瓜爾膠,其工藝為 將懸浮于醇水體系中的瓜爾膠,先與陽(yáng)離子單體發(fā)生 醚化反應(yīng),然后與氯乙醇在微過(guò)量堿催化劑作用下進(jìn) 行羥乙基反應(yīng),陽(yáng)離子中間產(chǎn)物不必分離。
2. 2 2陽(yáng)離子瓜爾膠的應(yīng)用
陽(yáng)離子瓜爾膠能有效改善助留,顯著提高填料留 著率,對(duì)紙張勻度無(wú)太大影響,不影響脫水。陽(yáng)離子 瓜爾膠溶液應(yīng)稀釋到質(zhì)量分?jǐn)?shù)約0.1%時(shí)使用,用量 一般為0. 03% ~ 0. 08%,添加在紙機(jī)沖漿泵之前或 在保證均勻分散的情況下直接加到紙機(jī)流漿箱之前。
研究表明[22],將陽(yáng)離子瓜爾膠與陽(yáng)離子淀粉按 一定比例預(yù)先混合、糊化后使用,瓜爾膠的改性及其在造紙中的應(yīng)用,比不經(jīng)預(yù)先混合而 分別使用2種助劑相比,強(qiáng)度提高20%左右,更重 要的是消除了單獨(dú)使用陽(yáng)離子瓜爾膠時(shí)“粉塵”(陽(yáng) 離子瓜爾膠粉)對(duì)人體的危害及耗水量大的弊端。 濾效果;要達(dá)到相同的助留助濾效果,聚硅酸加入量 要比硅酸多;取代度為0. 3的陽(yáng)離子瓜爾膠比取代度 為0.5的陽(yáng)離子瓜爾膠需要的硅酸多。分多次加入硅 酸對(duì)紙張強(qiáng)度和其他性能有較大改善,但細(xì)小纖維和 填料留著率的改善最顯著。具體加入步驟為先將一部 分膠體硅酸與填料混合,再與漿料混合,隨后加入改 性瓜爾膠,當(dāng)形成了纖維、填料、硅酸和瓜爾膠的混 合絮聚物,在漿料進(jìn)入流漿箱之前加入剩余部分的膠 體硅酸。先前加入的膠體硅酸需占膠體硅酸總量的 30% ~ 80%。
王軍利[23]采用濕法合成的陽(yáng)離子瓜爾膠用于漂 白硫酸鹽木漿,有明顯的助留助濾效果;陽(yáng)離子取代 度増大,助留助濾效果増大。將半干法合成的陽(yáng)離子 瓜爾膠應(yīng)用于廢紙脫墨漿也具有很好的助留效果,當(dāng) 其用量為0.05%時(shí),填料留著率提高了 40.9%。一 步泥漿法合成的陽(yáng)離子羥乙基瓜爾膠[21]的分子結(jié)構(gòu) 同時(shí)含有季銨陽(yáng)離子和非離子的活性羥基,常溫水合 作用進(jìn)一步強(qiáng)化,質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%的水溶液的透光率 為80%;作為新型助留助濾劑使用時(shí),以質(zhì)量分?jǐn)?shù) 0.2% (以絕干漿計(jì))的用量添加到舊報(bào)紙漿中,細(xì) 小組分的首程留著率提高了 40%,打漿度減小 了 3 7% 。
王立軍等[24]研究發(fā)現(xiàn):高陽(yáng)離子度瓜爾膠 (HCG)的分子質(zhì)量越高,越容易吸附于纖維;分子 質(zhì)量越低,越容易與漿料中的溶解和膠體物質(zhì)作用。 在廢紙漿中加入一定量分子質(zhì)量適當(dāng)?shù)腍CG,能有 效控制微膠黏物含量,還能抑制紙張抗張強(qiáng)度和撕裂 度的下降,對(duì)耐折度也有一定的増強(qiáng)作用。
2.3陰離子瓜爾膠
2. 3.1陰離子瓜爾膠的合成
據(jù)資料報(bào)道['硅酸可促進(jìn)陽(yáng)離子瓜爾膠的助留助在瓜爾膠干粉中加入堿液會(huì)引起瓜爾膠堿化結(jié)
陰離子瓜爾膠的制備是通過(guò)堿性條件下引入帶負(fù) 電荷的基團(tuán)實(shí)現(xiàn)的,可以引入的陰離子基團(tuán)很多,包 括羧甲基、磺酸基和磷酸酯基等。傳統(tǒng)的生產(chǎn)工藝是 干法合成,將鹵代脂肪酸和瓜爾膠干粉混合后,再噴 灑適當(dāng)?shù)膲A進(jìn)行催化。由于反應(yīng)介質(zhì)黏度増大,導(dǎo)致 攪拌困難,反應(yīng)不均一,并且溫度難以控制,反應(yīng)物 結(jié)塊,最終使得反應(yīng)出料困難,產(chǎn)物中含有大量的無(wú) 機(jī)鹽和其他雜質(zhì)。濕法生產(chǎn)中,將氯乙酸鈉加入到瓜 爾膠懸浮液中,在溫度60°C、堿性條件下反應(yīng),經(jīng) 洗滌、干燥即得羧甲基瓜爾膠[9]。產(chǎn)品質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 1%的水溶液,在25°C時(shí),黏度為3300 mPa1 s平均 取代度為0.12或采用溶劑法,異丙醇和水以不同 比例組成反應(yīng)介質(zhì),溫度為60°C,反應(yīng)時(shí)間45mia 
團(tuán),如用醇水溶液溶解堿,可避免上述現(xiàn)象的發(fā) 生,但用醇水溶液會(huì)増加成本。因此可先在干粉 中加入堿,經(jīng)碾碎后再加入醇水,這一工藝比較 經(jīng)濟(jì)合理。
磷酸化是將瓜爾膠用磷酸鹽處理,得到磷酸單酯 的過(guò)程。其中磷酸鹽可以是三聚磷酸鈉、焦磷酸鈉、 磷酸二氫鈉或它們的混合物。相比之下,三聚磷酸鈉 反應(yīng)條件相對(duì)溫和,反應(yīng)在弱酸性條件下進(jìn)行[18]。 吉毅等[17]采用半干法制備磷酸酯瓜爾膠,將磷酸二 氫鈉、尿素常溫下溶于蒸餾水,加入Na3H、乙醇, 與瓜爾膠混合,待酯化劑在瓜爾膠中充分滲透后抽 濾,濾餅在烘箱中高溫酯化lh然后粉碎、過(guò)篩、 包裝。RonaldN. EMrnarthno 等[25]利用 3-氯-2羥基- 磺酸制備帶有磺酸基陰離子醚化瓜爾膠,其結(jié)構(gòu)如圖
陽(yáng)離子基團(tuán)包括氨基、銨基、亞氨基、锍基或轔 基。通常,在生產(chǎn)中廣泛使用的衍生物是季銨類醚化 劑。而叔胺類醚化劑,如2-二乙基氨基乙基氯化物 (DEC),由于其陽(yáng)離子性只有在酸性條件下才具備, 故其應(yīng)用受到限制[19]。陰離子取代基可以是羧基、 硫酸基、磺酸基、磷酸基等,優(yōu)選羧基。羧基的引入 可使瓜爾膠在堿性催化劑條件下和一個(gè)單鹵素取代的 羧酸反應(yīng)?;撬峄囊肟赏ㄟ^(guò)瓜爾膠與含有磺內(nèi) 酯、鹵代烷基磺酸鈉鹽、環(huán)氧烷基磺酸鈉鹽等官能團(tuán) 的試劑反應(yīng)而實(shí)現(xiàn)。磺酸基也可通過(guò)氧化引入。硫酸 基和磷酸基可通過(guò)堿金屬硫酸鹽或磷酸鹽與瓜爾膠反 應(yīng)引入。
2所示_
CHO
3
瓜爾膠—O—CH 2 —CH—CH 2 —S—O
O
圖2帶有磺酸基的陰離子瓜爾膠
2.3.2陰離子瓜爾膠的應(yīng)用
陰離子瓜爾膠可用來(lái)提高紙張的耐折度,并減少 濕強(qiáng)劑用量。瓜爾膠的用量一般為成紙的0.2% ~ 0.4%,溶解時(shí)質(zhì)量分?jǐn)?shù)盡量不要超過(guò)1%岡。陰離 子瓜爾膠通常與陽(yáng)離子瓜爾膠一起使用,在這種情況 下,瓜爾膠的改性及其在造紙中的應(yīng)用,陽(yáng)離子瓜爾膠的助留效果會(huì)得到極大提高,且不 影響濾水及成紙勻度。用磷酸酯瓜爾膠對(duì)紙張進(jìn)行表 面施膠,紙張表面的抗?jié)B透性能得到改善,可節(jié)約生 產(chǎn)耐油紙時(shí)氟樹脂和生產(chǎn)剝離紙時(shí)硅油的用量[26]。
2. 4兩性瓜爾膠
2. 4 1兩性瓜爾膠的合成
兩性瓜爾膠是用陽(yáng)離子及陰離子化試劑對(duì)瓜爾膠 進(jìn)行的二重處理(見圖3a)或用兩性中間體離子處 理所得的產(chǎn)物(見圖3b),其反應(yīng)基于瓜爾膠上的活 潑羥基。
瓜爾膠:
-OH
1. X+或 Y-
瓜爾膠:
ox+
■OH 2.Y-或X+ ■—、〇Y-
注X為陽(yáng)離子化試劑,Y為陰離子化試劑。 ⑷
瓜爾膠:
,〇H X+ZY-
瓜爾膠t:
,OX+-Z*Y~
OHOH
注X-Z-Y為兩性中間體離子。 (b)
圖3兩性瓜爾膠的合成
陰、陽(yáng)離子取代基的引入既可順序進(jìn)行,也可同 時(shí)進(jìn)行。按引入瓜爾膠的先后順序,可分為先陰離子 化后陽(yáng)離子化以及先陽(yáng)離子化后陰離子化兩種。陰、 陽(yáng)離子化同時(shí)進(jìn)行,可簡(jiǎn)化反應(yīng)及后處理過(guò)程。但由 于陰、陽(yáng)離子化試劑間可能存在相互作用及反應(yīng)條件 不同,會(huì)給此過(guò)程的應(yīng)用帶來(lái)一定限制。文獻(xiàn)[27] 介紹了一種制備高取代度兩性瓜爾膠衍生物的方法。 該方法包括瓜爾膠在醇介質(zhì)中與陽(yáng)離子介質(zhì)反應(yīng),然 后在相同的醇介質(zhì)中與過(guò)量的堿和陰離子試劑反應(yīng)。 催化劑多為NaOH,用量為瓜爾膠的25% ~ 50%。溶 劑為2~ 4個(gè)碳原子的一元醇,如乙醇、異丙醇、正 丙醇和叔丁醇,其中異丙醇效果較好。水的加入是使 瓜爾膠輕微潤(rùn)脹,并保持它的完整性,用量為瓜爾膠 的30% (相對(duì)質(zhì)量,以下同)為宜。陽(yáng)離子醚化劑用 量為瓜爾膠的5% ~ 200%,陰離子醚化劑用量為瓜爾 膠的5% ~ 100%。所得產(chǎn)物兩性瓜爾膠衍生物的陽(yáng)離 子取代度為0. 2~ 0.5陰離子取代度為0.2~ 0. 4
有資料報(bào)道,合成的羧甲基瓜爾膠((MGG)比 未改性瓜爾膠的反應(yīng)活性強(qiáng)[28],瓜爾膠的改性及其在造紙中的應(yīng)用,易與非離子單體丙 烯酰胺(AM)和陽(yáng)離子單體丙烯酰氧乙基三甲基氯 化銨(DMC)接枝共聚得到高轉(zhuǎn)化率和接枝效率的 共聚物。在一定條件下單體轉(zhuǎn)化率可達(dá)92%以上, 從而提高其應(yīng)用適用性。這種合成聚合物既有多糖化 合物分子間的作用力與反應(yīng)性,又有合成高分子的機(jī) 械性、與生物作用的穩(wěn)定性及線性鏈展開能力。
2.4. 1.2陰、陽(yáng)離子與瓜爾膠在同一位置的兩性瓜 爾膠的制法
此類兩性瓜爾膠合成通常是將陰、陽(yáng)離子試劑預(yù) 先混合反應(yīng)生成兩性中間體離子,如Cm2CH
2.4. 1.1陰、陽(yáng)離子與瓜爾膠不在同一位置的兩性 瓜爾膠的制法 
而后與瓜爾膠作用,形成兩性瓜爾膠醚衍生物。陰、 陽(yáng)離子取代基不在同一位點(diǎn)的兩性瓜爾膠中,陰、陽(yáng) 離子取代基可能位于同一鏈節(jié),也可能處于不同的鏈 節(jié),是一種復(fù)雜的混合物,由于瓜爾膠及其衍生物性 質(zhì)相差不大,基本無(wú)法分離,這是瓜爾膠合成中無(wú)法 避免的一個(gè)難題。而這種陰、陽(yáng)離子在同一位點(diǎn)的兩 性瓜爾膠的制法是一種有益的嘗試,同時(shí)也解決了這 個(gè)難題。
M artiiM.Tessfei•等[29]在喊性條件下合成了兩性 離子型瓜爾膠衍生物。胡志勇等™以瓜爾膠為原料, 2 3環(huán)氧丙基二甲氨基乙酸鹽為兩性醚化劑,在堿催 化劑作用下干法合成了新型兩性離子型瓜爾膠,產(chǎn)率 為 85%。
采用磷酸酯基甜菜堿作為兩性的中間體離子對(duì)瓜 爾膠進(jìn)行改性,可以制得兩性瓜爾膠。首先用環(huán)氧氯 丙烷和磷酸二氫鈉在水溶液中高溫下充分反應(yīng),制取 3-氯-2-羥丙基磷酸酯鈉鹽,再與3-氯-2-羥丙基三甲 基氯化銨反應(yīng),制取兩性中間體,然后對(duì)瓜爾膠進(jìn)行 改性[31]。
2. 4 2兩性瓜爾膠的應(yīng)用
兩性瓜爾膠的應(yīng)用效果要明顯好于普通的陰離 子、陽(yáng)離子瓜爾膠。兩性瓜爾膠具有類似“抗離子 干擾”的作用,且對(duì)體系中的礬等化學(xué)品的干擾相 應(yīng)減小。且由于電荷近中性,對(duì)體系中!H值適應(yīng)范 圍廣,不僅適用于酸性造紙,同時(shí)適用于中堿性造 紙。這種膠添加到機(jī)械木漿中用來(lái)提高紙張的結(jié)合強(qiáng) 度及表面強(qiáng)度。造紙廠用的機(jī)械木漿中含有大量的陰 離子雜質(zhì),使増強(qiáng)劑失效,比較陽(yáng)離子PAM、陽(yáng)離 子瓜爾膠和兩性瓜爾膠,結(jié)果表明兩性瓜爾膠對(duì)陰離 子雜質(zhì)的靈敏度最低[X]。
對(duì)兩性瓜爾膠接枝共聚物在混合脫墨廢紙漿中的 助留性能研究發(fā)現(xiàn)[29],這種共聚物比陽(yáng)離子瓜爾膠 助留性能更優(yōu)。據(jù)報(bào)道[31],造紙過(guò)程中,同時(shí)添加 陽(yáng)離子瓜爾膠和陰離子瓜爾膠作為増強(qiáng)劑,瓜爾膠的改性及其在造紙中的應(yīng)用,尤其對(duì)未 漂漿具有良好的増強(qiáng)效果。
3結(jié)語(yǔ)
瓜爾膠因其在冷水中可以水化、溶解,與淀粉系 列助劑使用前需要糊化相比是一個(gè)很大的優(yōu)勢(shì),其 次,隨著不可再生性資源的逐漸耗竭以及環(huán)保呼聲的 不斷提高,作為可再生性資源的瓜爾膠正日益受到人 們的關(guān)注。但我國(guó)對(duì)瓜爾膠的改性及在造紙中的應(yīng)用 研究起步較晚,離國(guó)際水平還有一定的差距。
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