新型兩性瓜爾膠的制備及其在卷煙紙中的應(yīng)用研究，采用先合成兩性醚化劑中間體，再將中間體接枝到 瓜爾膠上的方法制得一種新型兩性瓜爾膠，并對(duì)反應(yīng)產(chǎn)物結(jié) 構(gòu)進(jìn)行了表征。比較了其與傳統(tǒng)洛加陽(yáng)/非離子瓜爾肢的方法 在卷煙紙生產(chǎn)中的應(yīng)用效果。結(jié)果表明：DSC分析證實(shí)N，N—二 甲基氬基乙酸鹽酸鹽已經(jīng)被成功制得；紅外譜圖證實(shí)兩性中 間體已經(jīng)接枝到瓜爾膠上制得了兩性瓜爾膠。當(dāng)闊葉木漿與 針葉木漿比例為7:3,非離子瓜爾膠添加量為0.3%、陽(yáng)離子瓜 爾膠恭加量為0.1%，或單獨(dú)添加兩性瓜爾膠為〇.彳％時(shí)紙張性 能達(dá)到最佳；單獨(dú)使用兩性瓜爾膠比使用陽(yáng)/非離子瓜爾膠復(fù) 配在白水循環(huán)系統(tǒng)中能更好地穩(wěn)定紙張的強(qiáng)度和透氣度。
爾膠（guar gum)是一種天然植物膠，由于其價(jià) | I V格低廉、使用效果好，成為目前國(guó)際上廣泛應(yīng)用的 7化學(xué)品之一X。瓜爾膠原粉具有溶解速度慢、黏
度不易控制、水不溶物含tt高、易被微生物分解等缺點(diǎn)，新型兩性瓜爾膠的制備及其在卷煙紙中的應(yīng)用研究，所以一般經(jīng)過改性后使用。改性后的瓜爾膠根據(jù)取代基種類的 不同可分為：非離子瓜爾膠，陽(yáng)離子瓜爾膠，陰離子瓜爾膠， 陰陽(yáng)兩性瓜爾膠，羥烷基陰離子瓜爾膠，羥烷基陽(yáng)離子瓜爾 膠['瓜爾膠系列改性物分子結(jié)構(gòu)與纖維素分子結(jié)構(gòu)非常相 似，極易吸附在植物纖維上，并可為纖維之間形成氫鍵提供 大ft的羥基，促進(jìn)纖維之間的結(jié)合.
瓜爾膠及其衍生物抄成的紙無(wú)任何泰副作用且燃燒沒有 異味，因而成為生產(chǎn)卷煙紙的主要助劑|61。陽(yáng)離子瓜爾膠可以 用作造紙濕部助留助濾劑，在提高助留助濾效果時(shí)不會(huì)產(chǎn)生過 度絮凝，有利于改善紙頁(yè)勻度，因而在卷煙紙生產(chǎn)中，普遍用陽(yáng)離p瓜爾膠和非離子瓜爾膠復(fù)配的方式來(lái)改善卷煙紙的性 能但是由r•全球?qū)木潮Ｗo(hù)的逐步重視，紙機(jī)系統(tǒng)也逐 步向全封閉式轉(zhuǎn)換。在卷煙紙的抄造過程中，未留著在紙中的 RI離子瓜爾膠等助劑會(huì)殘留在白水中投人下次使用，隨著A水 循環(huán)次數(shù)的增加.殘留的陽(yáng)離子瓜爾膠會(huì)影響白水中的電荷平 衡，這會(huì)對(duì)卷煙紙性能造成不利影響1且濕部電荷變化也會(huì)降 低陽(yáng)離+瓜爾膠的使用效果。兩性瓜爾膠由干其同時(shí)具備陽(yáng)離 子基團(tuán)和陰離子基團(tuán)，它的應(yīng)用效果要明顯好干普通的陽(yáng)離+ 瓜爾膠，且由于電荷近中性不僅彺白水循環(huán)中對(duì)濕部電荷 影響小，其使用效果也不會(huì)受到影響。因而對(duì)于現(xiàn)在封閉式的 造紙系統(tǒng)，兩性瓜爾膠會(huì)比陽(yáng)離子瓜爾膠有更好的應(yīng)用效果。
新型兩性瓜爾膠合成方案為：首先合成兩性醚化劑，再用 _制兩性醚化劑對(duì)瓜爾膠進(jìn)行改性制得陽(yáng)離+基團(tuán)與陰離了- 基團(tuán)在同一支鏈上的新型兩性瓜爾膠。對(duì)制備過程中相關(guān)產(chǎn) 物進(jìn)行結(jié)構(gòu)表征，然后自制兩性瓜爾膠按常規(guī)卷煙紙生產(chǎn)1： 藝進(jìn)行應(yīng)用實(shí)驗(yàn)，通過白水循環(huán)實(shí)驗(yàn)考察其應(yīng)用效果.冏時(shí) 與W/非離子瓜爾膠復(fù)配的應(yīng)用效果進(jìn)行對(duì)比岍究4
1實(shí)驗(yàn)
U原料和儀器
瓜爾膠，PII離子瓜爾膠、非離了•瓜爾膠（均取白無(wú)錫金S 科技有限公司），闊葉木漂ft化學(xué)漿 <打漿度43-SR)，計(jì)葉木 漂白化學(xué)漿（打漿度8rSR>,沉淀碳酸鈣 <平均粒徑4nm> , 乙醇、氫氧化鈉.氯乙酸、醋酸（均為分析純忒劑>。
紙樣抄取器（ZQJI-B-I1，陜西科技大學(xué)機(jī)械制造廠）， NDJ—79型旋轉(zhuǎn)黏度i•十（_h海昌吉地儀器有限公司生產(chǎn)）， d/o色度白度計(jì)（溫州儀器儀表有限公司），紙與紙板透氣度 測(cè)定儀U-TQY10,四川長(zhǎng)江造紙儀器有限公司），電腦測(cè)控 抗張?jiān)囼?yàn)機(jī)（DC-KZ300C,四川長(zhǎng)江造紙儀器有限公司）, 新型兩性瓜爾膠的制備及其在卷煙紙中的應(yīng)用研究，Zeta電位儀（SZP06, Mtitek GmbH公司）D 1.2兩性瓜爾膠粉的制備
在三口瓶中加入一定量胺類物質(zhì)和氣乙酸，攪拌，同時(shí) 升溫至指定溫度進(jìn)行一段時(shí)間反應(yīng)。減壓蒸餾.得到黃色黏 稠液體。冷卻，加酸，析出白色晶體，即N，N-二甲基氨基乙酸 鹽酸鹽（DMGC)。將DMGC和有機(jī)高分子反應(yīng)5~8k減壓 蒸餾，得到透明淺黃色液體，即兩性中間體2,3-環(huán)氧丙基二 甲氨基乙酸鹽（ECDHh
在氣氣保護(hù)的條件下，在裝有機(jī)械攪拌器.溫度計(jì)和氣氣 管的三口燒瓶中，將一定量的瓜爾膠原粉分散于乙酵水溶液 中，加人_定螢質(zhì)ft濃度為15°/。的氫氧化鈉，升溫到50~60C, 進(jìn)行堿化一定時(shí)間，再加人-定tt的兩性中間體，反應(yīng)一定時(shí)
間，冷卻到室溫.用體枳濃度為25%的醋酸水溶液屮和，使pH 值為7左右，用體積濃度為70%的乙醇水溶液洗滌，過濾多次， 十燥，份砟.制得兩性瓜爾膠，為淡黃色份來(lái)畫體。
1.3 DMGC的純度測(cè)試
用差示掃描量熱儀，在丨C/min的升溫速度F,繪制溫 度-熱流曲線。由于在持續(xù)的升溫過程中，物質(zhì)在達(dá)到其熔點(diǎn) 時(shí)，會(huì)出現(xiàn)繼續(xù)吸熱但物質(zhì)溫度不變的情況，當(dāng)融化結(jié)束時(shí)， 溫度會(huì)繼續(xù)上升，此時(shí)曲線會(huì)出現(xiàn)一個(gè)明顯的峰®1此峰值 對(duì)應(yīng)的溫度即為被測(cè)樣品的熔點(diǎn)。將實(shí)驗(yàn)生成的DMGC晶體 的熔點(diǎn)，與純DMGC熔點(diǎn)相比較，4以判斷物質(zhì)的合成情況。 1.4兩性瓜爾膠的紅外圖譜表征
采用KBr壓片法測(cè)定瓜爾膠原粉和兩性瓜爾膠樣品的紅 外光譜.從而進(jìn)行對(duì)比，波長(zhǎng)范圍為400-4000cm人 1.S兩性瓜爾膠pH、黏度測(cè)定
將S制的兩性瓜爾膠配成濃度為1%的溶液，在放S2h 后，測(cè)其pHfl與黏度。pH值用pH試紙測(cè)量，黏度按照SY/ T5764-I995fe準(zhǔn).用DNJ-79型旋轉(zhuǎn)黏度計(jì)測(cè)定其25X：時(shí)水 溶液的黏度。
1.6兩性瓜爾膠取代度的測(cè)定
本實(shí)驗(yàn)采用凱式定氮法測(cè)定兩性瓜爾膠中的含Ma1' 然后計(jì)算出兩性瓜爾膠的取代度。氮（N%)含址計(jì)算公式： A/%=[(7W?)XCX14]/G
式中：r一滴定所消耗鹽酸的體枳，ml, i?—空白值， ml, c—標(biāo)準(zhǔn)鹽酸濃度.mol/L, C—試樣絕干質(zhì)量，g。
瓜爾膠基本單X結(jié)構(gòu)被取代基團(tuán)的平均數(shù)S (DS>訃算 公式：/^=(486><?°/。)/(丨4-16(^況％)
式中：486—瓜爾膠基本機(jī)構(gòu)單元的平均分子質(zhì)量；14— 氨的相對(duì)原子質(zhì)t; 160—兩性醚化劑的相對(duì)分子質(zhì)ft。
1.7抄紙過程
按比例稱取闊葉木漂白化學(xué)漿和針葉木漂白化學(xué)漿，用纖 維解離器解離30000轉(zhuǎn)，加入非離子瓜爾膠（或不加〉，攪拌，加 人碳酸鈣填料和瓜爾膠助劑，攪袢^在紙樣抄取器上抄片，新型兩性瓜爾膠的制備及其在卷煙紙中的應(yīng)用研究，定量 為27g/m2左右。在恒溫恒濕室放置24h,測(cè)定紙張性能^
1.8紙張性能測(cè)試
紙張的抗張指數(shù)檢測(cè)參見GB/T453-1989,紙張透氣度 檢測(cè)參見 GB/T458-2008。
1.9 Zeta 電位
表1自制兩性瓜爾膠主要指標(biāo)
34彳字蜒*第犯卷第蝴20〗2年3月
兩性瓜氺膠5.84700.48
用Zeta電位儀（SZP06, Miitek GmbH公司）測(cè)定。
1.10白水循環(huán)實(shí)驗(yàn)
白水循環(huán)實(shí)驗(yàn)中，將每次抄紙后濾出的白水收集，取出 一小部分用于分析檢測(cè)，測(cè)白水的濃度與Zeta電位。再取2L 加入所需紙漿，離解，加入碳酸鈣與瓜爾膠，加入剩余白水再 次抄紙。重復(fù)實(shí)驗(yàn)多次。再將多次白水循環(huán)實(shí)驗(yàn)所抄造的紙 張進(jìn)行檢測(cè)，測(cè)其強(qiáng)度與透氣度。
2結(jié)果與討論
2.1 N.N-二甲基氨基乙酸鹽酸鹽（DMGC)的純度分析
在兩性瓜爾膠合成過程中，首先需要合成出兩性中間體 2,3-環(huán)氧丙基二甲氨基乙酸鹽戊0011),而1^，1^_二甲基氨 基乙酸鹽酸鹽（DMGC)的合成效果是制得良好兩性中間體 的關(guān)鍵。根據(jù)文獻(xiàn)可以采用差熱分析(DSC)法對(duì)N，N-二 甲基氨基乙酸鹽酸鹽（DMGC)等小分子有機(jī)化學(xué)品進(jìn)行定 性和純度測(cè)定。本實(shí)驗(yàn)室自制產(chǎn)物的DSC譜圖見圖1。
由溫度-熱流曲線可以看出晶體的熔點(diǎn)為191C,這在 文獻(xiàn)中的N,N_二甲基氨基乙酸鹽酸鹽的熔點(diǎn)（188~191t：) 范圍中，可以初步斷定產(chǎn)物為N,N-二甲基氨基乙酸鹽酸鹽
(DMGC)的純物質(zhì)。
2.2兩性瓜爾膠的紅外分析
瓜爾膠的紅外圖譜如圖2所示，431CHT1為瓜爾膠上的一 〇田申縮振動(dòng)，2924(；1^1為糖單元中一(：112的(：一1^申縮振 動(dòng)，1654CHT1為半乳糖/甘露糖的環(huán)振動(dòng)。兩性瓜爾膠的紅外 圖譜如圖中紅線所示，相比較起來(lái)，MZOcrrT1處有明顯的波 峰，是與氮相連的-CH^C-H對(duì)稱變性振動(dòng)。由此可見，兩 性中間體已經(jīng)被接上瓜爾膠。
2.3漿料配比對(duì)卷煙紙質(zhì)量的影響
首先對(duì)闊葉木與針葉木的漿料配比進(jìn)行了探討，闊葉木 漿打漿度43°SR,針葉木漿打漿度81°SR,以使卷煙紙既能具 有較髙的強(qiáng)度，也能有較好的透氣度。
由圖3和圖4可以看出，隨著漿料中針葉木漿的增加，紙 張的抗張指數(shù)隨之增加，透氣度卻隨之下降，這與闊葉木漿 與針葉木漿的纖維形態(tài)不同有關(guān)，也與兩種漿料打漿度不同 有關(guān)。新型兩性瓜爾膠的制備及其在卷煙紙中的應(yīng)用研究，由于卷煙紙透氣度是決定卷煙紙內(nèi)在質(zhì)量的重要指標(biāo) 之一，適當(dāng)提高透氣度可以改善卷煙紙質(zhì)量，同時(shí)也是降低 煙氣中焦油和尼古丁含量的重要因素™，CU25~39為中透氣 度紙，低于25為低透氣度紙，為了使紙張的透氣度能保持在一個(gè)較髙值，實(shí)驗(yàn)選取闊葉木漿與針葉木漿的配比為7: 3。
2.4改性瓜爾膠在卷煙紙抄造中添加量的確定
碳酸鈣是生產(chǎn)卷煙紙的重要原料之一，其在卷煙紙中添 加量一般為20%~40%之間因此在研究過程中，紙漿中 均添加35% (對(duì)絕干漿）碳酸鈣。
討論了陽(yáng)離子、非離子瓜爾膠復(fù)配和單獨(dú)使用自制兩性 瓜爾膠對(duì)卷煙紙強(qiáng)度和透氣度的影響，根據(jù)文獻(xiàn)和工廠實(shí)際 應(yīng)用情況|9'1(11，把非/陽(yáng)離子復(fù)配中非離子瓜爾膠的添加量定 為0.3% (對(duì)絕干漿）。
由圖5和圖6可以看出紙張的抗張指數(shù)和透氣度不能同 時(shí)達(dá)到最大值，且不論添加陽(yáng)/非離子瓜爾膠還是兩性瓜爾 膠，紙張的抗張強(qiáng)度都有一個(gè)先增大后減小的過程，透氣度 也都有一個(gè)先減小后增大的過程。這表明當(dāng)添加少量改性瓜 爾膠時(shí)，改性瓜爾膠被帶負(fù)電荷的纖維表面吸附，成形時(shí)填 充于纖維之間，增大了纖維間的結(jié)合面積，同時(shí)助劑分子上的 眾多基團(tuán)與纖維表面上的基團(tuán)彼此相互作用，在干燥過程中， 水分的蒸發(fā)為改性瓜爾膠與纖維素分子間的氫鍵和化學(xué)鍵的 形成提供了更多機(jī)會(huì)，從而使紙張的結(jié)合強(qiáng)度得以提高。當(dāng)改 性瓜爾膠添加量繼續(xù)增加時(shí)，會(huì)使體系中PCC等的留著率增
加，使紙張強(qiáng)度降低，透氣度升高。
為了使紙張強(qiáng)度和透氣度均能保持較好的效果，也從經(jīng)濟(jì) 效益考慮，本文選取復(fù)配中的添加量為：陽(yáng)離子瓜爾膠0.1%, 非離子瓜爾膠0.3%,把兩性瓜爾膠的添加量定為0.1%。
2.5兩性.陽(yáng)/非離子瓜爾膠在白水循環(huán)中的應(yīng)用效果比較
由圖7可以看出，隨著白水循環(huán)次數(shù)的增加，白水濃度均 逐漸增加，這是因?yàn)榘姿械奶盍稀⒐蠣柲z助劑和細(xì)小纖維 會(huì)積聚，使白水濃度增加。
圖8中，加入陽(yáng)/非離子瓜爾膠的紙漿Zeta電位明顯增 加，甚至接近于零而向正值轉(zhuǎn)變，而添加兩性瓜爾膠的紙漿 Zeta電位則相對(duì)穩(wěn)定。這是由于未留著在紙張上的改性瓜爾 膠會(huì)留在白水中，隨著循環(huán)次數(shù)的增加，漿料中的改性瓜爾 膠也會(huì)增加，陽(yáng)離子瓜爾膠中帶有陽(yáng)電荷，會(huì)使?jié)癫康腪eta電 位增加，而兩性瓜爾膠的陰陽(yáng)離子的基團(tuán)幾乎是1:1,所以即 使經(jīng)過了多次白水循環(huán)，紙漿的Zeta電位也會(huì)基本保持穩(wěn)定， 從而保證了濕部電荷的平衡。
由圖9和圖10所測(cè)紙張性能可以看出，由于循環(huán)白水中填 料顆粒、細(xì)小纖維和助劑的影響，紙張的強(qiáng)度和透氣度變化 并沒有規(guī)律，但是總體來(lái)說，隨著白水循環(huán)次數(shù)的增加。
加入的是陽(yáng)/非離子瓜爾膠復(fù)配，還是改性后的兩性瓜爾膠， 紙張的強(qiáng)度都是升高的，透氣度都是降低的，這可能是因?yàn)殡S 著白水的循環(huán)，抄紙時(shí)的瓜爾膠和細(xì)小纖維的量會(huì)增加，新型兩性瓜爾膠的制備及其在卷煙紙中的應(yīng)用研究，提高 了細(xì)小纖維的留著。紙張中細(xì)小纖維含量增加，會(huì)通過改善比 結(jié)合強(qiáng)度、增加纖維交叉部分的鍵合面積、提高纖維之間的結(jié) 合數(shù)量這三種方式，提高了紙張的強(qiáng)度。細(xì)小纖維的增加會(huì) 填補(bǔ)紙張中的空隙部分，從而降低了紙張的透氣度[l5’W。
由圖9、圖10中也可以看出，添加兩性瓜爾膠抄造的紙 張受白水循環(huán)的影響較小，不論是在紙張強(qiáng)度還是透氣度方 面，在白水循環(huán)實(shí)驗(yàn)中，陽(yáng)/非離子復(fù)配抄造的紙張性能比單 獨(dú)加入兩性瓜爾膠的紙張性能波動(dòng)大。這是因?yàn)閮尚怨蠣柲z 具有類似“抗離子干擾”的作用。兩性瓜爾膠由于比陽(yáng)離子瓜 爾膠多了陰離子基團(tuán)，陰離子基團(tuán)能對(duì)陽(yáng)離子基團(tuán)起保護(hù)作 用、消除“雜”陽(yáng)離子，從而能穩(wěn)定紙張的性能。
本文推薦企業(yè)：山東東達(dá)生物化工有限公司，是專業(yè)的瓜爾膠和瓜爾豆膠生產(chǎn)廠家，專業(yè)生產(chǎn)瓜爾膠和瓜爾豆膠。擁有雄厚的技術(shù)力量，先進(jìn)的生產(chǎn)工藝和設(shè)備。山東東達(dá)生物化工有限公司全體員工為海內(nèi)外用戶提供高技術(shù),高性能，高質(zhì)量的瓜爾膠和瓜爾豆膠產(chǎn)品。熱忱歡迎國(guó)內(nèi)外廣大客戶合作共贏。