瓜爾膠（GUM)來自草本植物瓜爾豆的內(nèi)胚 乳，是一種天然的綠色產(chǎn)品，具有特殊的物化性 能，可用作增稠劑、穩(wěn)定劑、乳化劑、分散懸浮劑、 保水劑及凝膠劑，其應(yīng)用涉及油田、造紙、醫(yī)藥、生 活日用品、食品、紡織、水處理、采礦炸藥等領(lǐng) 域盡管瓜爾膠具有很好的水溶性和增稠 性，但原粉存在下述缺點(diǎn)：①不能快速溶脹和水 合，溶解速度慢；②水不溶物含量髙；③黏度不 易控制；④易被微生物分解而不能長(zhǎng)期保存 等[6]。這些缺點(diǎn)使瓜爾膠的應(yīng)用受到很大限制， 需要進(jìn)行化學(xué)改性。羥丙基化法是主要的改性方 法[7’8]，但在降低水不溶物含量和同時(shí)保持較高 的黏度之間存在著矛盾[9]。近年來，羥丙基瓜爾 膠作為油田壓裂液的增稠劑得到廣泛應(yīng)用，但性 能很難達(dá)到一級(jí)品指準(zhǔn)[9]，且產(chǎn)生污染。筆者在 前期工作的基礎(chǔ)上[1°]，以異丙醇為分散劑，進(jìn)一 步對(duì)羥丙基瓜爾膠的合成條件進(jìn)行優(yōu)化，產(chǎn)物達(dá) 到一級(jí)品指標(biāo)。

1 實(shí)驗(yàn) 1.1實(shí)驗(yàn)原理

瓜爾膠是線狀半乳甘露聚糖，屬于非離子型 高分子。在結(jié)構(gòu)上，以/H，4鍵相互連接的D■甘 露糖單元為主鏈，不均勻地在主鏈的一些1>甘露 糖單元的C6位上再連接單個(gè)1>半乳糖（浐1，6 鍵）為支鏈，其半乳糖與甘露糖個(gè)數(shù)比約為1 : 1.8,簡(jiǎn)化為1 > 2D1]，其相對(duì)分子質(zhì)量22X104。

環(huán)氧丙烷可與瓜爾膠中單糖分子上的活性羥 基反應(yīng)，生成羥丙基瓜爾膠（HPG)。為使該反應(yīng)

能夠進(jìn)行，以堿為催化劑，通過脫質(zhì)子化反應(yīng)，使 瓜爾膠分子中的羥基活化，醚化反應(yīng)得以進(jìn)行。 1.2主要試劑及儀器

GUM原粉[黏度235 mPa • s，w(水不溶 物）= 17. 42%，w(水）=9. 7%],工業(yè)品，吉林油 田；異丙醇、無水乙醇，分析純，北京化工廠；氫氧 化鈉、冰醋酸，分析純，天津市試劑有限公司；環(huán)氧 丙烷，分析純，國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司。

NDJ-1型旋轉(zhuǎn)黏度計(jì)，上海群昶科學(xué)儀器有 限公司；PH&3B精密酸度計(jì)，上海雷磁新涇儀器 有限公司。AVATAR 360型FT-IR紅外光譜儀 (溴化鉀壓片），美國(guó)；熱流型差示掃描量熱儀（從 50 °C升溫到200 X：，升溫速率為10 °C/min )，日 本精工;D/Max-n型X射線衍射儀（以CuK：al* 射線源，波長(zhǎng)0.154 05 nm),日本理學(xué);JSM-5600 掃描電子顯微鏡，日本。

1.3羥丙基瓜爾膠的制備

量取一定量的異丙醇加人到三口燒瓶中，再 稱取一定量的瓜爾膠粉分散于異丙醇溶液中，羥丙基瓜爾膠的合成與表征,加 人催化劑，浸于恒溫水浴，攪拌20 min,加人一定 量的環(huán)氧丙烷，控制反應(yīng)溫度和反應(yīng)時(shí)間，反應(yīng)完 成后，使體系冷卻到室溫，中和，調(diào)節(jié)pH值；過 濾，洗滌，干燥，即得到羥丙基瓜爾膠。

2結(jié)果與討論

2.1合成反應(yīng)條件與測(cè)定結(jié)果

表1是在瓜爾膠用量50 g，異丙醇用量200mL的條件下，改變其他反應(yīng)條件所得羥丙基瓜 爾膠的含水率、水不溶物含量、黏度和交聯(lián)性的測(cè) 定結(jié)果。從表1中可看出，實(shí)驗(yàn)1、2、3隨著催化 劑量的增加，黏度增加，含水率較低，交聯(lián)性較好； 實(shí)驗(yàn)6、7、8、9隨著反應(yīng)時(shí)間的增加，黏度、含水率 和水不溶物含量都有最佳值；實(shí)驗(yàn)1〇、11、12、19 隨著反應(yīng)溫度的增加，無規(guī)律性，與其他反應(yīng)條件 有交互影響，但含水率和挑掛性都很好；實(shí)驗(yàn)14、 15、16、17、19隨著環(huán)氧丙烷的增加，雖然含水率 和挑掛性都可以，除實(shí)驗(yàn)14外，其他黏度多較 低?？偟膩砜?，在瓜爾膠和異丙醇分別為50 g和 200 mL時(shí)，初步得出的條件范圍是：水38?60 mL,催化劑2?3 g,反應(yīng)溫度40?60 °C ,反應(yīng)時(shí) 間4 h,環(huán)氧丙烷10 mL。在表1中，只有實(shí)驗(yàn)6 滿足一級(jí)品要求，其各項(xiàng)指標(biāo)為：黏度91 mPa • s,水不容物）=6. 3%，含水率2. 6%,可較好挑 掛。在表1基礎(chǔ)上，詳細(xì)考察了反應(yīng)條件對(duì)產(chǎn)物 性能的影響，其結(jié)果見表2。 

表1反應(yīng)條件對(duì)產(chǎn)物含水率、水不溶物含置、黏度和交聯(lián)性的彩響

反應(yīng)條件產(chǎn)物性能

買驗(yàn)號(hào)水用量/mL催化劑

用量./g環(huán)氧丙焼 用量/mL溫度/°c反應(yīng)時(shí)間/hw(水），％(水不容物），

°/〇黏度/(mPa • s)交聯(lián)性

1382.0106045, 505. 4763. 0較好

2381.810604. 04. 4012. 3040. 5較好

3381. 610604. 05. 309. 0536. 5較好

4601. 410504.06. 1015. 4026. 5較好可挑掛

5601.210504. 05. 457. 6054. 5較好可挑掛

638210603. 52. 606. 3091.0較好可挑掛

7602. 010503. 010. 305. 2634. 0較好可挑掛

8602. 010502. 512. 5013. 7098.0較好可挑掛

9602. 010504.53. 0014. 8068. 0較好可挑掛

10602. 010504. 05. 566. 3047.0較好可挑掛

11602.010404. 011. 209. 4176. 0較好可挑掛

12602.010704. 08. 8016. 5083.0較好可挑掛

14602.08604. 09. 2917. 40152. 5較好可挑掛

15602. 06604. 010. 1014. 8037. 5較好可挑掛

16602.012604. 07. 447.4148. 1較好可挑掛

17602.014604. 08. 188. 1869. 5較好可挑掛

18502. 010604. 08. 7116.8080. 1較好可挑掛

19602.010604.04. 795. 7244.0較好可挑掛

20382.09653. 08. 309. 6869. 3較好可挑掛

表2優(yōu)化條件下合成HPG的反應(yīng)條件和測(cè)定結(jié)果

編號(hào)反應(yīng)條件產(chǎn)物性能

水用量/mL催化劑 用量/K溫度/°C反應(yīng)時(shí)間/h如(水），％功(水不容物），％黏度八mPa*s)交聯(lián)性/中和pH值

1603. 0403. 58. 4915. 7104好/7

2382. 0604.07. 9919. 2112好/7

3382. 5604. 04. 5611.595好/7

4383. 0604.09. 839. 69100好/7

5383. 0604. 09. 647. 69114好八〇

6383. 5604. 010. 09. 8178好/1〇

7383.5604.09. 9211. 650好/1〇

8503. 0604. 03. 607.89103好/1〇

9503. 0504. 07. 6712. 291好/1〇

注：固定瓜爾膠用量SO g,異丙醇200 mU環(huán)氧丙烷10 mL。

從表2可看出，在瓜爾膠50 g、異丙醇200 產(chǎn)物的黏度為103 mPa • s、W (水不溶物 mL、環(huán)氧丙烷10 mL時(shí)，反應(yīng)時(shí)間4 h較好，8號(hào) 7. 89%、功（水）=3. 6%，5號(hào)產(chǎn)物的黏度為 

mPa • s、w(水不溶物）=7.69%、功（水）= 9. 64%。對(duì)比行業(yè)標(biāo)準(zhǔn) SY/T 5764—1995[12],已 經(jīng)達(dá)到一級(jí)產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)[黏度大于90 mPa • (水不溶物）>8%，w(水）<10%]。

2.2優(yōu)化條件下合成產(chǎn)物的性能和表征 2. 2.1 FT-IR 分析

圖1為瓜爾膠和羥丙基瓜爾膠的紅外光譜。

圖1瓜爾膠和羥丙基瓜爾膠的紅外光譜

從圖1可看出，HPG與GUM原粉的主吸收 峰基本一致，5號(hào)產(chǎn)物在1 650 cnT1吸收峰向低移 動(dòng)到1 410 cnT1與工業(yè)產(chǎn)品類似，羥基的伸縮振 動(dòng)更強(qiáng)，峰形變寬，在1 〇〇〇?1 200 cm—1范圍內(nèi) C一O伸縮振動(dòng)、C一O—C伸縮振動(dòng)和CH2的彎 曲振動(dòng)重疊，且反應(yīng)前后都有醚鍵存在，這與文 獻(xiàn)[13]是一致的。

2. 2. 2 DSC 分析

圖2為瓜爾膠和羥丙基瓜爾膠的DSC圖。

圖2瓜爾膠和羥丙基瓜爾膠的DSC圖

從圖2的DSC曲線對(duì)比發(fā)現(xiàn)，瓜爾膠在120 附近存在一個(gè)較明顯的熔融吸熱峰，羥丙基瓜爾 膠的熔融吸熱特征峰明顯向高溫移動(dòng)。說明接枝 上的羥丙基對(duì)瓜爾膠的相態(tài)穩(wěn)定溫度有影響。 2.2.3 XRD 分析

圖3為瓜爾膠和羥丙基瓜爾膠的XRD曲線。

從圖3可見，瓜爾膠和羥丙基瓜爾膠在20為 17°和20°附近都有晶體峰出現(xiàn)。羥丙基瓜爾膠的合成與表征,改性后20°峰形 大小和強(qiáng)度基本沒有變化，17°所對(duì)應(yīng)的峰強(qiáng)度變 小，說明接枝上的羥丙基對(duì)瓜爾膠的高分子結(jié)晶 形態(tài)有影響。

2.2.4產(chǎn)物微觀形貌分析

將羥丙基瓜爾膠和瓜爾膠進(jìn)行掃描電子顯微 鏡分析（見圖4和圖5)，發(fā)現(xiàn)兩者的微觀形態(tài)一 致，粒度分布差異并不大，改性并沒有對(duì)瓜爾膠的 聚集形態(tài)造成影響。

3結(jié)論

以異丙醇為分散劑，氫氧化鈉為催化劑，合J5 了羥丙基瓜爾膠。合成的最佳反應(yīng)條件為：異石

醇200 mL，環(huán)氧丙烷10 mL,氫氧化鈉3 g，水 38?50 mL，反應(yīng)溫度60 °C，反應(yīng)時(shí)間4 h。在此 條件下所得到的羥丙基瓜爾膠黏度較高，大于1〇〇 mPa • s，w(水不溶物）<8%,應(yīng)用性能明顯優(yōu)于 瓜爾膠，且接枝上的羥丙基對(duì)瓜爾膠的主體結(jié)構(gòu)、 結(jié)晶和顆粒形貌影響不大。