瓜爾膠及其衍生物的應(yīng)用研究進(jìn)展，瓜爾膠是從種植于印巴次大陸的瓜爾豆中 提取的一種植物膠。是一種天然的半乳甘露聚糖 膠，近年來隨著環(huán)境保護(hù)意識(shí)的不斷增強(qiáng)，人們 逐漸把注意力轉(zhuǎn)移到一些天然產(chǎn)物的研究上。瓜 爾膠這一天然高分子化合物，由于其獨(dú)特的分子 結(jié)構(gòu)及物理化學(xué)特性而易于被化學(xué)改性，使它成 為一種很有潛力的新型環(huán)保助劑，應(yīng)用極其廣泛 [1一2]。目前國內(nèi)對(duì)此研究報(bào)道的很少，本文綜述了 瓜爾膠及其衍生物在造紙、日用化學(xué)品、食品、 石油鉆探、醫(yī)藥等工 的應(yīng)用進(jìn)展。

1瓜爾膠的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)

瓜爾膠主鏈由(1-4)一 p -D-甘露糖為單元聯(lián) 接而成，瓜爾膠及其衍生物的應(yīng)用研究進(jìn)展側(cè)鏈由單個(gè)ct 一 D半乳糖組成并以(1-6) 鍵與主鏈相接[3_4],如圖1所示。瓜爾膠因來源不 同分子量約為1〇〇~200萬，甘露糖與半乳糖之比約 為1.5~2:1(5)。從支鏈的半乳糖來看，有四個(gè)羥基均 可以參與酯化或醚化反應(yīng)，考慮到空間的位阻效 應(yīng)，羥甲基中的伯羥基反應(yīng)活性最強(qiáng)，此外甘露 糖的羥基也有一定的反應(yīng)活性。這種特性與那些 無分支、不溶于水的葡甘露聚糖有明顯的不同。 瓜爾膠是水溶性最好的天然高分子化合物之一， 水溶性具有很高的黏度，1 %的水溶液的黏度約為 4 000~6 000cp[16]。水溶液呈假塑性，沒有屈服應(yīng) 力，是典型的纏繞的生物聚合物性質(zhì)m。然而天 然的瓜爾膠存在不能快速溶脹和水合，水不溶物 含量高，熱穩(wěn)定性較差，易被酶和細(xì)菌分解等缺 陷。因此需要對(duì)瓜爾膠進(jìn)行改性，形成新的衍生 物，克服天然瓜爾膠的缺點(diǎn)，使其廣泛應(yīng)用。瓜 爾膠的衍生物主要有：陽離子型瓜爾膠、陰離子 型瓜爾膠、非離子型瓜爾膠、兩性型瓜爾膠、接 枝共聚瓜爾膠以及交聯(lián)改性。

2瓜爾膠的主要應(yīng)用領(lǐng)域

2.1造紙工業(yè)

由于瓜爾膠分子與纖維素分子結(jié)構(gòu)非常相 似，所以它對(duì)纖維有很強(qiáng)的親和力，即使在陰離 子垃圾很多的情況下仍能有效地吸附到纖維上發(fā) 揮作用，故瓜爾膠廣泛應(yīng)用于造紙?jiān)鰪?qiáng)劑、助 留助濾劑、絮凝劑。為了賦予瓜爾膠更好的使用 性能，需對(duì)瓜爾膠進(jìn)行化學(xué)改性，瓜爾膠的改性 主要有兩個(gè)方向：一是在分子鏈上引入陽離子基 團(tuán)，從而獲得一定的正電性，這種帶正電的改性瓜爾膠便可以與帶負(fù)電的纖維、填料粒子相互作 用從而提高原有的助留、助濾和增強(qiáng)效果。與淀 粉類助劑相比，陽離子瓜爾膠不需要糊化，可以 直接溶于水，同時(shí)由于其分子量處于中等（20萬 ~200萬左右），在提高助留助濾效果時(shí)不會(huì)產(chǎn)生 過度絮凝，有利用改善紙頁勻度18—1'王軍利等研 究了陽離子瓜爾膠作為造紙濕部助留助濾劑使用 時(shí)，用量1 %(對(duì)絕干漿)、抄紙pH值接近中性的 6~7范圍內(nèi)其效果較好，并且陽離子取代度增大， 效果增加[1、另一改性方向是設(shè)法增加瓜爾膠分子 鏈的長度，增大其分子量，從而增強(qiáng)其架橋連接 能力。swanson研究表明，0.5 %的分散刺愧豆膠加 入漂白亞硫酸鹽漿可以降低70 %的打衆(zhòng)時(shí)間并提 高32 %的耐破度，而瓜爾膠被認(rèn)為效果更佳[121。

瓜爾膠使用簡單，不需要單獨(dú)溶解設(shè)備，沒 有分子鏈的剪切降解問題。陽離子瓜爾膠也可以 與陽離子淀粉及合適的有機(jī)酸混合后作為增強(qiáng)和 助濾劑，它比單獨(dú)使用陽離子瓜爾膠或陽離子淀 粉效果都好。隨著現(xiàn)代造紙的發(fā)展，適應(yīng)高速紙 機(jī)、零排放以及環(huán)保的要求，這種天然的高分子 造紙助劑必定會(huì)在現(xiàn)代化的造紙：工業(yè)中發(fā)揮更 大作用。

2.2曰用化學(xué)品工業(yè)

陽離子瓜爾膠在日用化學(xué)品工業(yè)中的應(yīng)用 已有三十年的歷史了。除了對(duì)頭發(fā)具有柔軟抗靜 電性外，它在濕發(fā)梳理方面表現(xiàn)出杰出的功效。 此外，高分子量的二甲基硅賊擇全球范圍內(nèi)已被 廣泛地應(yīng)用于二合一陽離子瓜爾膠和高分子量硅 油的配合使用，更為頭發(fā)提供了健康和光亮的色 澤，使?jié)袷岷透墒岣菀祝皩?duì)頭發(fā)的管理更容 易。羅地亞公司開發(fā)的透明調(diào)理劑一 JaguarExce嫌 很好地與高分子量的二甲基硅油配伍達(dá)到很好的 調(diào)理功能[13]。於勤等研究表明，含有陽離子纖維 素、陽離子瓜爾膠、二甲基硅氧焼乳液的香波對(duì) 燙一次頭發(fā)有明顯的修護(hù)作用[141。非離子瓜爾膠一 羥丙基瓜爾膠具有特殊的潤滑性、耐鹽性好、水 和能力強(qiáng)、水溶液穩(wěn)定性好，被廣泛應(yīng)用于牙膏 工業(yè)[15]。周寶華、周孝崇研究表明，利用羥丙基瓜 爾膠與CMC復(fù)配與同檔次的黏合劑相比使膏體更 穩(wěn)定細(xì)膩，對(duì)膏體的性能改進(jìn)十分有益，且有明

顯的價(jià)格優(yōu)勢[16]〇

瓜爾豆由于其本身豐富的營養(yǎng)成分、天然 環(huán)保、無毒無害，越來越受日用化學(xué)品行業(yè)的重 視。

2.3食品工業(yè)

瓜爾膠是現(xiàn)代食品行業(yè)應(yīng)用最廣泛的食品輔 料之一。因能提高食品黏度或與食品形成凝膠， 它可以用在方便食品、調(diào)味品、飲料、冰淇淋和 伺料等多種食品中，具有增稠、保水、穩(wěn)定及黏 結(jié)懸浮的作用，是食品加工行業(yè)中廣泛應(yīng)用的增 稠劑、穩(wěn)定劑和懸浮劑。使食品獲得所需的形狀 和硬、軟、黏稠等各種口感。如美國的Chem. Gen.公司生產(chǎn)用于飼料添加劑的甘露聚糖酶、日 本已經(jīng)有以瓜爾膠研制的功能食品。瓜爾膠也用 于有些鰻魚飼料中，起增稠作用。

2.4石油鉆探工業(yè)

瓜爾膠是一種純天然植物膠，具有較強(qiáng)的增 黏作用。瓜爾膠及其衍生物的應(yīng)用研究進(jìn)展，羥丙基瓜爾膠是由瓜爾膠粉經(jīng)過化學(xué)改 性后得到的，具有許多優(yōu)點(diǎn)，水不溶物及殘?jiān)^ 瓜爾原粉有大幅降低。其水溶液在控制pH值的條 件下，可以和硼、鈦、鋯等形成凝膠，這種凝膠 在平坦的表面上能夠流動(dòng)。其中硼和瓜爾膠所形 成的凝膠對(duì)剪切是可逆的，即在切割或破裂后， 凝膠體可恢復(fù)至原來的狀態(tài)，而過渡金屬與瓜爾 膠所形成的凝膠則是非可逆的。這種性質(zhì)被廣泛 用于油田水基壓裂液基混漿添加劑，能有效地降 低對(duì)底層的污染，且抗高溫性好，穩(wěn)定性強(qiáng)，對(duì) 支撐裂縫導(dǎo)流能力傷害低。王棟、王俊英等研究 了有機(jī)硼鋯交聯(lián)劑CZB — 03交聯(lián)羥丙基瓜爾膠壓 裂液的應(yīng)用性能，研究表明在pH值9~11、交聯(lián)比 100:0.3~100:0.4、溫度5~40°C的條件下，交聯(lián)時(shí)間 2~4min可調(diào)。此壓裂液耐溫性好，在170S-1下剪 切同時(shí)升溫到160°C，2h后黏度基本不變。對(duì)支撐 裂縫導(dǎo)流能力傷害低，平均傷害率為17.4%[17]。羥 丙基瓜爾膠還可以與一些合成的高聚物如聚丙燦 酰胺混合使用，可顯著提高聚合物體系的黏度， 增強(qiáng)聚合物凍膠對(duì)酸堿的適應(yīng)能力，改善聚合物 凍膠的耐高溫老化性和破膠性。

在鉆探行業(yè)中，植物膠是新型復(fù)合無黏土 沖洗液的主要添加劑，其在鉆井液中的主要作用

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是保持體系有適當(dāng)?shù)酿ざ群颓辛?。瓜爾膠為可種 植再生的工業(yè)植物膠，較好地解決了野生植物膠 資源短缺供不應(yīng)求的矛盾。對(duì)瓜爾膠進(jìn)行交聯(lián)和 復(fù)合改性處理，使膠粒變得更為致密，更能增加 沖洗液的應(yīng)用性能。邱存家、陳禮儀研究了瓜爾 膠改性形成的無黏土沖洗液并在金沙江溪洛渡水 電站壩基工程地質(zhì)勘察工程區(qū)進(jìn)行了現(xiàn)場應(yīng)用實(shí) 驗(yàn)。研究表明：復(fù)合配方為瓜爾膠2.0 %、交聯(lián)控 制劑1.0 %、交聯(lián)劑1.0 %的無黏土沖洗被應(yīng)用效 果最好另外，以瓜爾膠改性形成的無黏土沖洗 液色淺不染色，對(duì)巖礦芯無污染，且能夠在一定 時(shí)間內(nèi)自動(dòng)破膠降解，對(duì)鉆孔抽壓水試驗(yàn)和水文 地質(zhì)觀察工作十分有利。

2.5醫(yī)藥工業(yè)

研究和開發(fā)新型藥物輸送和控釋載體材料，對(duì) 于臨床醫(yī)療水平的提高具有重要意義，瓜爾膠具有 來源豐富、可生物降解和生物相容性好等優(yōu)點(diǎn)，逐 漸被人們研究涉及用作藥物控釋載體。目前，國內(nèi) 對(duì)這方面報(bào)道較少，張黎明、歐富初等報(bào)道了聚乙 二醇修飾對(duì)瓜爾膠微膠囊載藥性能的影響。其主要 是用陽離子瓜爾膠微主要原料，利用該種多糖衍生 物載三聚磷酸鈉溶液種的離子凝膠化反應(yīng)，載避免 高溫、有機(jī)溶劑及其它苛刻條件下制得經(jīng)聚乙二醇 表面修飾或未經(jīng)修飾得可降解瓜爾膠載藥微膠囊[19] 另外，曹健、董雅琴等利用瓜爾膠能被結(jié)腸種細(xì)菌 產(chǎn)生得半乳甘露糖甘酶等多糖酶降解，使藥物選擇 性地載結(jié)腸釋放地性質(zhì)，用瓜爾膠制備結(jié)腸靶向骨 架片，達(dá)到結(jié)腸靶向給藥地效果[2〇]。

由于瓜爾膠及其衍生物具有無毒、易生物降 解等優(yōu)點(diǎn)，隨著現(xiàn)代醫(yī)藥的發(fā)展，控釋靶向載體材 料的高速發(fā)展，以及人們對(duì)藥物毒副作用的普遍認(rèn) 識(shí)，這種天然高分子必定會(huì)在醫(yī)藥工業(yè)中發(fā)揮越來 越重要的作用。

2.6其它工業(yè)

印花是紡織行業(yè)的一個(gè)重要分支，有瓜爾 膠及其衍生物支撐的印花糊料膠具有良好的流 變性，不易在括刀口上，印花性能好等優(yōu)勢。另 外，羧甲基瓜爾膠可用作紡織工業(yè)中的紡紗膠 水、紡織物上漿和印染的高級(jí)原料。較之無機(jī)絮 凝劑，瓜爾膠還可以作為工業(yè)架狀炸藥的重要膠

PAPER CHEMICALS

結(jié)劑，通過酶控制瓜爾膠的擴(kuò)散系數(shù)，可以達(dá)到 對(duì)炸藥的控制釋放，瓜爾膠及其衍生物的應(yīng)用研究進(jìn)展，并且由瓜爾膠及其衍生物制 成的絮凝劑效率要高得多。因能有效增稠硝酸鹽 溶液，瓜爾膠及其衍生物己成為塑料炸藥的基本 成分?？傊捎谄洫?dú)特的性能，瓜爾膠及其衍 生物目前已在造紙、日用化學(xué)品、石油、食品、 醫(yī)藥、紡織、炸藥等領(lǐng)域的被廣泛應(yīng)用，是除纖 維素之外，用量最大的天然高分子。

3結(jié)語

瓜力膠及其衍生物作為一種天然高分子材 料，在造紙、石油很多領(lǐng)域都有良好的應(yīng)用前 景。隨著瓜爾膠及其衍生物應(yīng)用研究的不斷深入 和人們對(duì)綠色環(huán)保意識(shí)的不斷加強(qiáng)，瓜爾膠及 其衍生物的應(yīng)用將更為廣闊。我們應(yīng)該充分利 用瓜爾膠資料優(yōu)勢，進(jìn)一步加大瓜爾膠及其衍 生物的應(yīng)用研究力度，不斷開發(fā)其新的應(yīng)用領(lǐng) 域，提升我國傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)和提高相關(guān)材料性能做出 積極的貢獻(xiàn)。

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