以瓜爾膠為原料，3雀4者丙基三甲基氯化銨為醚化劑，氫氧化鈉為催化劑，異丙醇作為溶劑，利用微波輔 助合成了陽(yáng)離子瓜爾膠。結(jié)果表明，在瓜爾膠醚化過(guò)程中使用微波輔助，反應(yīng)時(shí)間是傳統(tǒng)陽(yáng)離子瓜爾膠合成方法 的1/6,提高了反應(yīng)效率。最佳反應(yīng)條件為:溶劑選用85%異丙醇，微波功率300 W,微波輻射時(shí)間為30 min,反應(yīng) 溫度40 T ,醚化劑與瓜爾膠的物質(zhì)的量比為0. 25 ,堿與瓜爾膠的物質(zhì)的量比為0. 20。產(chǎn)物水溶性很好，可與表面 活性劑復(fù)配。
瓜爾膠是從瓜爾豆中提取的一種天然多糖，是 水溶性最好的天然高分子之一。它以（14)-^843-甘 露糖為主鏈，側(cè)鏈由半乳糖以（1名）鍵與主鏈 相連[1],其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)決定了其易于被化學(xué)改性， 從而促使其有廣泛的用途W(wǎng)。
陽(yáng)離子瓜爾膠廣泛應(yīng)用于個(gè)人護(hù)理品中，是目 前洗護(hù)發(fā)產(chǎn)品中最常使用的調(diào)理劑，它的主要作用 是抗靜電，增加頭發(fā)梳理性[3]，與表面活性劑和硅 油乳液等配伍，可增加頭發(fā)上殘留硅油等，使頭發(fā)順 滑，其用作頭發(fā)及皮膚的調(diào)理劑，適用于洗發(fā)香波和 護(hù)發(fā)素等。
微波能使化學(xué)反應(yīng)均勻、高效的進(jìn)行，可以選擇 性的活化基團(tuán)促使其反應(yīng)[4]。本文研究了在微波 反應(yīng)器輔助下瓜爾膠醚化的合成條件，并對(duì)合成的 產(chǎn)物進(jìn)行了表征，考察了其水溶性及粘度等性質(zhì)。
1實(shí)驗(yàn)部分
1.1試劑與儀器
瓜爾膠（食品級(jí)，印度進(jìn)口）； 3魯輕丙基3 甲基氯化銨(69%水溶液，陶氏化學(xué)）；氫氧化鈉、異 丙醇均為分析純。
UDEW00型探頭超聲波分散儀;XH400A微波 催化合成萃取儀;KDN-G4A凱氏定氮儀;FTLA2000 型傅里葉紅外光譜儀;Brukerav 400型核磁共振波 譜儀;DNJ-5S數(shù)字旋轉(zhuǎn)粘度儀。
1.2陽(yáng)離子瓜爾膠的合成
瓜爾膠與醚化劑反應(yīng)通常使用Willamasen合
成法，反應(yīng)方程式如下[5]:
Guar-OH + NaOH ——? Guar-ONa + H20
Guar-ONa + Cl-CH-CH-CH2N+(CH3)3Cr —— i
OH
Guar-0-CH2—CH—CH2N+(CH3)3Cr+NaCl OH
將10 g瓜爾膠原料利用探頭超聲波分散到 85%的異丙醇溶液中，微波5 min后加入1/2的 NaOH溶液活化，微波25 min后加人醚化劑開(kāi)始反 應(yīng)，反應(yīng)一半時(shí)，加人l/2NaOH溶液。反應(yīng)結(jié)廣>
將產(chǎn)物中和、洗滌、過(guò)濾、干燥后，得到淡黃色粉末狀 固體。
1.3氮量的測(cè)定
產(chǎn)物經(jīng)消化后，利用凱氏定氮儀測(cè)定其中含氮
量。
(F-F〇) xCxl4xlO-3
N = x 100%
m
其中F^消耗HC1體積，mL;
F0——空白實(shí)驗(yàn)時(shí)消耗HC1的體積，mL;
C——HC1摩爾濃度，0. 1 mol/mL;
m試樣質(zhì)量,g。
2結(jié)果與討論
2.1微波輻射合成陽(yáng)離子瓜爾膠的條件研究w 2.1.1反應(yīng)溫度對(duì)產(chǎn)物含氮量的影響產(chǎn)物含氮 量與反應(yīng)溫度的關(guān)系，見(jiàn)圖1。
3040506070
反應(yīng)溫度/t；
圖1產(chǎn)物含氮量隨反應(yīng)溫度變化曲線 Fig. 1 The relationship between the N content and reaction temperature
由圖1可知，反應(yīng)溫度為40 T時(shí)，含氮量最高， 這主要是因?yàn)樵诜磻?yīng)溫度較低時(shí)，微波輻射不能提 供反應(yīng)所需的能量，隨著溫度的升高，固液兩相分子 之間碰撞頻率提高，有利于反應(yīng)的進(jìn)行;但當(dāng)反應(yīng)溫 度繼續(xù)升高時(shí)，可能產(chǎn)生醚化劑水解以及聚糖分解 等副反應(yīng)，導(dǎo)致產(chǎn)物含氮量下降。
由圖2可知，醚化劑）：ra(瓜爾膠）=0.25 時(shí)，產(chǎn)物含氮量最高，為1.239% ,這表明，在醚化劑 用量低時(shí)，醚化度不夠，含氮量水平較低；當(dāng)醚化劑 過(guò)多時(shí)，剩余的醚化劑可能使體系產(chǎn)生副反應(yīng)，含氮 量下降。
2. 1.3 反應(yīng)時(shí)間對(duì)產(chǎn)物含氮量的影響產(chǎn)物含氮 量與反應(yīng)時(shí)間的關(guān)系，見(jiàn)圖3。
1.3 0.8
0.51.01.52.02.5
反應(yīng)時(shí)間/h
圖3產(chǎn)物含氮量與反應(yīng)時(shí)間的關(guān)系 Fig. 3 Tlie N content with different reaction times
由圖3可知，隨著微波輻射時(shí)間的增加,產(chǎn)物含 氮量先增后減。這是由于反應(yīng)時(shí)間短，反應(yīng)不夠充 分，醚化率低;達(dá)到最佳反應(yīng)時(shí)間時(shí)，含氮量最高，由 于微波的能量較強(qiáng)，反應(yīng)效率較普通條件下反應(yīng)高， 繼續(xù)反應(yīng)，時(shí)間太長(zhǎng)，會(huì)導(dǎo)致氮的損失和產(chǎn)率的下 降。
2. 1.4堿與原料瓜爾膠摩爾比對(duì)產(chǎn)物含氮量的影 響堿與瓜爾膠摩爾比和產(chǎn)物含氮量的關(guān)系，見(jiàn)圖 4,
0.140.180.220.260.30
堿與瓜爾膠的摩爾比
圖4產(chǎn)物含氮量與堿和瓜爾膠的配比關(guān)系 Fig. 4 The relationship between the N content and the molar ratio of NaOH to guar gum
由圖4可知，隨著NaOH用量増加，產(chǎn)物含氮量 迅速上升，《( NaOH) : «(瓜爾膠）=0.20時(shí)，含氮量 最高;但繼續(xù)增加NaOH的用量，產(chǎn)物含氮量下降。 因?yàn)閴A可以與瓜爾膠上羥基形成負(fù)離子易發(fā)旦 取代，但過(guò)多的堿使副反應(yīng)和陽(yáng)離子瓜爾膠去 作用加強(qiáng)，加速陽(yáng)離子瓜爾膠產(chǎn)物以及醚化劑 氧基和季銨基的分解。
2.1.5微波輻射功率對(duì)產(chǎn)物含氮量的影響在其 它條件不變的情況下，微波功率對(duì)產(chǎn)物含氮量的影 響見(jiàn)圖5。
0.95
300350400450500550600
微波輻射功率/W
圖5微波輻射功率對(duì)產(chǎn)物含氮量的影響 Fig. 5 Effect of tlie power of microwave on the N content
由圖5可知，微波功率對(duì)產(chǎn)物含氮量的影響較 大，在低微波功率下，產(chǎn)物含氮量較高，隨著微波功 率的加強(qiáng)，副反應(yīng)增多，產(chǎn)物含氮量降低。
2.2結(jié)構(gòu)表征 2.2. 1 紅外圖譜
圖6產(chǎn)物與羅地亞產(chǎn)品紅外對(duì)比圖 Fig. 6 The IR spectra of cationic guar gum products and Rliodia products
由圖6可知，產(chǎn)物紅外譜圖與羅地亞陽(yáng)離子瓜 爾膠產(chǎn)品紅外譜圖基本一致。其中3 421.5 cm-1處 為羥基峰，2 916.2 cnT1處為次甲基伸縮振動(dòng)吸收 峰，1 647. 1 cnT1處為C—N彎曲振動(dòng)吸收峰, 1 419.5 cm-1處為季銨基團(tuán)特征吸收峰，1 016 cm — 1 處為C一0—C醚的特征吸收峰。表明原料在實(shí)驗(yàn) 條件下實(shí)現(xiàn)季銨化[7]。
2.2.2 核磁圖譜圖7為陽(yáng)離子瓜爾膠產(chǎn)物的 11^1^譜圖（020為溶劑），其中3.5?4.3之間為 瓜爾膠鏈上以及取代基團(tuán)上的H位移;4. 7處尖峰
為葡萄糖單元C2上羥基取代后C1的H位移;3. 2 處的尖銳單峰為季銨基團(tuán)上的甲基氫，進(jìn)一步證明 產(chǎn)物實(shí)現(xiàn)了季銨化[8]。
3結(jié)論
利用微波輔助合成陽(yáng)離子瓜爾膠，反應(yīng)時(shí)間大 幅度縮減，比傳統(tǒng)的合成方法效率更高，最佳反應(yīng)條 件為:溶劑選用85%異丙醇，微波功率300 W，微波 輻射時(shí)間為30 min,反應(yīng)溫度40 T，醚化劑與瓜爾 膠的物質(zhì)的量比為〇. 25，堿與瓜爾膠的物質(zhì)的量比 為0.20。