微波輔助陽離子瓜爾膠的合成研究，以瓜爾膠為原料,3-氣-2-羥丙基〒甲基氣化銨為醚化劑，氫氧化鈉為催化劑，異丙醉作為溶劑，利用微波輔助合成了陽離子瓜爾膠。結(jié)果表明,在瓜爾膠醚化過程中使用微波輔助，反應(yīng)時間是傳統(tǒng)陽離子瓜爾膠合成方法 的1/6,提高f反應(yīng)效率„最佳反成條件為：溶劑選用85%異丙醇，微波功率300 W,微波輻射時間為30 min,反應(yīng) 溫度40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。微波輔助陽離子瓜爾膠的合成研究，它以（14)-j8-D-甘 露糖為主鏈,側(cè)鏈由a-D-半乳糖以（1名）鍵與主鏈 相連[1]，其獨特的結(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12]。
陽離子瓜爾膠廣泛應(yīng)用于個人護(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 性的活化基團促使其反應(yīng)W。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實驗部分 1.1試劑與儀器
瓜爾膠（食品級，印度進(jìn)口）；3-氯-2-羥丙基5 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。
UDE400型探頭超聲波分散儀；XH-100A微波 催化合成萃取儀;KDN^04A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^ :
Guar-OH + NaOH? Guar-ONa + H20
Guar - ONa + C1_CH「CH—CH2N+(CHs)5Cr ——? OH
Guar—O—CH2-CH-CH2N+(CHS)3C1•十 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后加入醚化劑開始反 應(yīng)，反應(yīng)一半時，加入l/2MaOH溶液。反應(yīng)結(jié)束后， 將產(chǎn)物中和、洗滌、過濾、干燥后，得到淡黃色粉末狀 固體。
1.3氮量的測定
產(chǎn)物經(jīng)消化后，利用凱氏定氮儀測定其中含氮 量。
N = (V-F0)xCxl4xl〇-!xi〇〇%
m
其中y—消耗HC1體積，mL;
V〇——空白實驗時消耗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微波輻射合成陽離子瓜爾膠的條件研究[4] 2.1.1反應(yīng)溫度對產(chǎn)物含氮量的影響產(chǎn)物含氮 量與反應(yīng)溫度的關(guān)系，見圖1。
由圖1可知，反應(yīng)溫度為40 t時,含氮量最高， 這主要是因為在反應(yīng)溫度較低時，微波輔助陽離子瓜爾膠的合成研究，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,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。
2.1.2醚化劑用量對產(chǎn)物含氮量的影響醚化劑 和瓜爾膠摩爾比與產(chǎn)物含氮量的關(guān)系，見圖2。
由圖2可知，/i(醚化劑）：/!(瓜爾膠）=0.25 時，產(chǎn)物含氮量最高，為1.239%，這表明，在醚化劑 用量低時，醚化度不夠，含氮量水平較低；當(dāng)醚化劑 過多時，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)時間對產(chǎn)物含氮量的影響產(chǎn)物含氮 量與反應(yīng)時間的關(guān)系，見圖3。
1.3
0.51.01,52.02.5
反應(yīng)時間/h
圖3產(chǎn)物含氮量與反應(yīng)時間的關(guān)系 Fig. 3 The N content with different reaction times
由圖3可知，隨著微波輻射時間的增加，產(chǎn)物含 氮量先增后減。這是由于反應(yīng)時間短，反應(yīng)不夠充 分，醚化率低;達(dá)到最佳反應(yīng)時間時，含氮量最高，由 于微波的能量較強，反應(yīng)效率較普通條件下反應(yīng)髙， 繼續(xù)反應(yīng)，時間太長，會導(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，見圖 4〇
0.140.180.220.260.30
堿與瓜爾膠的縻爾比
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用量增加，產(chǎn)物含氮量 迅速上升，n(Na〇H):/i(瓜爾膠）=0.20時,含氮量 最高;但繼續(xù)增加NaOH的用量，產(chǎn)物含氮量下降。 因為喊可以與瓜爾膠上羥基形成負(fù)離子易發(fā)生親核 取代，但過多的堿使副反應(yīng)和陽離子瓜爾膠去醚化 作用加強，加速陽離子瓜爾膠產(chǎn)物以及醚化劑中環(huán) 氧基和季銨基的分解。
2.1.5微波輻射功率對產(chǎn)物含氮量的影響在其為葡萄糖單元C2上羥基取代后C1的H位移;3. 2
它條件不變的情況下，微波功率對產(chǎn)物含氮量的影處的尖銳單峰為季銨基團上的甲基氫，進(jìn)一步證明
產(chǎn)物實現(xiàn)了季銨化
響見圖5
3 5微波輻射功率對產(chǎn)物含氮量的影響圖7產(chǎn)物1 HNMR譜圖
Effect of the power of microwave on the N contentFig. 7 The 1H NMR spectra of cationic guar gum products
4 0003 0002 0001 0000
•波數(shù)/cnT*
圖6產(chǎn)物與羅地亞產(chǎn)品紅外對比圖 Fig. 6 The IR spectra of cationic guar gum products and Rhodia products
由圖6可知，產(chǎn)物紅外譜圖與羅地亞陽離子瓜 爾膠產(chǎn)品紅外譜圖基本一致。其中3 421.5 cnT1處 為羥基峰,2 916.2 Cmd處為次甲基伸縮振動吸收 峰，1 647. 1 cirT1處為C—N彎曲振動吸收峰， 1 419.5 cm—1處為季銨基團特征吸收峰，1 016 cm—1 處為C一0-C醚的特征吸收峰。表明原料在實驗 條件下實現(xiàn)季銨化[7]。
2.2.2核磁圖譜圖7為陽離子瓜爾膠產(chǎn)物的 4 NMR譜圖（D20為溶劑），微波輔助陽離子瓜爾膠的合成研究，其中3.5 ~4. 3之間為 瓜爾膠鏈上以及取代基團上的H位移;4. 7處尖峰
3結(jié)論
利用微波輔助合成陽離子瓜爾膠，反應(yīng)時間大 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 輻射時間為30 min，反應(yīng)溫度40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。
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