瓜爾膠的水溶液粘度隨著其濃度的增加而增加,但是粘度值不是很大,都在50mPa·s以下;其粘度值隨著時間延長而增大,表現(xiàn)了水溶性高分子溶解的時間依賴性。其中粘度可以通過粘度測定儀來進(jìn)行粘度測定。從3.5——4.5min即80——90℃,粘度有一個明顯的快速增長區(qū)間,對應(yīng)于在這個溶解條件下瓜爾膠的快速溶解;在溫度下降區(qū)間,溶液粘度稍有增加,增加幅度隨瓜爾膠的含量增加而加大,沒有表現(xiàn)出明顯的凝膠特性(回生性),可能是由于瓜爾膠的側(cè)鏈妨礙了自身大分子的聚集。
業(yè)生產(chǎn)并造成了需求緊張。后來研究證明,雖然瓜爾膠和刺槐豆膠均為聚半乳糖甘露糖,但二者在化學(xué)組成和行為上有著明顯的區(qū)別。刺槐豆膠要達(dá)到最大粘度需要高溫水煮,而瓜爾膠在冷水中就可以水化。
化學(xué)組成上,刺槐豆膠平均每4個甘露糖單才有15個乳糖支鏈。所以瓜爾膠分支單數(shù)為刺槐豆膠的2倍。而這被認(rèn)為是瓜爾膠比刺槐豆膠更容易水化和氫鍵結(jié)合活性更大的主要原因。除此之外,瓜爾膠的成本僅是刺槐豆膠的一半。瓜爾膠直鏈上沒有非極性基團(tuán),大部分伯羥基和仲羥基都處在外側(cè),而且半乳糖支鏈并沒有遮住活性的醇羥基。
因而瓜爾膠具有最大的氫鍵結(jié)合面積,當(dāng)與纖維結(jié)合時,形成的氫鍵結(jié)合距離短,結(jié)合力大。為賦予瓜爾膠更好的使用性能,通常對瓜爾膠原粉進(jìn)行化學(xué)改性。瓜爾膠的改性主要有兩個方向: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。如用季銨鹽3-氯2-羥丙基氯化銨與瓜爾膠原粉在有機(jī)溶劑中醚化反應(yīng)生成陽離子瓜爾膠。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。另一改性方向便是設(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。
陽離子瓜爾膠在冷水中可溶,這與陽離子淀粉相比是一個很大優(yōu)勢。另外,許多淀粉分子形成螺旋狀結(jié)構(gòu),而瓜爾膠分子則形成直鏈結(jié)構(gòu)。所以瓜爾膠的活性基團(tuán)比陽離子淀粉更容易與纖維接近,從而少量的陽離子瓜爾膠便可能達(dá)到較多量陽離子淀粉才能達(dá)到的使用效果。當(dāng)今,聚丙烯酰胺和改性淀粉廣泛應(yīng)用于造紙中的助留助濾劑。但其效果只能達(dá)到一定程度。
它們在提高濾水的同時可能使纖維過度凝聚,從而降低紙頁勻度和強(qiáng)度。天然瓜爾膠作為造紙助劑時,可以提高紙頁強(qiáng)度,減少灰斑形成并提高紙頁勻度。但它的缺點(diǎn)便是造成濾水困難,從而降低了產(chǎn)量或提高了干燥負(fù)荷。而經(jīng)過化學(xué)改性的兩性或陽離子瓜爾膠則在很大程度上克服了這一弊病。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),這些改性的瓜爾膠能在提高紙頁濾水的同時保持或提高紙頁勻度;通過吸附細(xì)小纖維和粒子可以進(jìn)一步改善濾水,同時提高一次留著率。而在過去,這兩方面都是互斥的。由于陽離子瓜爾膠的有效性主要取決于它與纖維的親和性(即直接性)。
鑒于這一點(diǎn),陽離子瓜爾膠在黑液的存在下仍能有效地發(fā)揮作用。對于新聞紙、未漂硫酸鹽漿、廢紙漿等含有較多雜質(zhì)的漿料,隨著封閉水循環(huán)的推廣,陰離子垃圾的積累將顯著增加。
這便會使得許多傳統(tǒng)的造紙助劑如陽離子聚丙烯酰胺(CPAM)等失去作用效果。陽離子瓜爾膠可以有效地克服這一點(diǎn)。實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn),陽離子瓜爾膠在Zeta電位從-8mV到0mV范圍內(nèi)效果最好。該Zeta電位范圍與絕大部分造紙過程相吻合。
瓜爾膠由豆科植物瓜爾豆(Cyamposis tetragonolobus)的種子去皮去胚芽后的胚乳部分,干燥粉碎后加水,進(jìn)行加壓水解后用20%的乙醇沉淀,離心分離后干燥粉碎而得。廣泛應(yīng)用于涂料,印染,食品,油墨,日化等行業(yè)。
一、瓜爾膠的主要成分
瓜爾膠的主要成分是分子量為5萬-80萬的配糖鍵結(jié)合的半乳甘露聚糖、即由半乳糖和甘露糖(1:2)組成的高分子量水解膠體多糖類。
二、性質(zhì)
外觀:白色至淡黃褐色粉末。
溶解性:在冷水中溶解,包含甘露糖和半乳糖成分,可以用于許多工業(yè)和食品行業(yè)。
粘度:能分散在熱或冷水中形成粘稠液。1%水溶液粘度約為4-5Pa·s,為天然膠中粘度最高者。添加少量四硼酸鈉則轉(zhuǎn)變成凝膠。瓜爾膠的粘度和溫度、時間和濃度有關(guān)。
水溶液為中性,粘度隨PH值的變化而變化,PH值6——8粘度最高,PH10以上則迅速降低,PH6——3.5內(nèi)隨PH值降低。PH3.5以下粘度又增大。
三、應(yīng)用領(lǐng)域
食品行業(yè)
瓜爾膠是最好天然食品增稠劑。瓜爾膠的粘度明顯大于玉米淀粉,價格低于玉米淀粉。因此,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。它可以在方便食品、調(diào)味品、飲料、冰淇淋和飼料等多種食品中,具有增稠、保水、穩(wěn)定及粘結(jié)懸浮作用,是食品加工行業(yè)廣泛應(yīng)用的增稠劑、穩(wěn)定劑和懸浮劑。
醫(yī)藥行業(yè)
近來,瓜爾膠可以用于非處方減肥藥的原料,目的是食用后有飽腹感。
石油工業(yè)
瓜爾膠在異丙醇、水等介質(zhì)中,氫氧化鈉存在時,與環(huán)氧丙烷反應(yīng)即得到羥丙基瓜爾膠。
在石油工業(yè)中主要應(yīng)用羥丙基瓜爾膠的粘稠性配成凝膠制成水基壓裂液,以提高后期油井的產(chǎn)量。
水基壓裂液體系組成為:0.4%——0.7%植物膠+0.05%——0.1%pH調(diào)節(jié)劑+0.2%——0.4%交聯(lián)劑+0.01%破膠劑。
該水基交聯(lián)植物壓裂液體系具有明顯可控制的延遲交聯(lián)、高黏彈性、剪切恢復(fù)能力、懸浮固相顆粒能力和低濾失特性,先后在國內(nèi)塔里本、吐哈、勝利等油田使用上千口井,滿足了6000m超深井、高溫175℃油氣藏大型壓裂工程的需要,取得了很好的增產(chǎn)效果。
煤礦工業(yè)
瓜爾膠對于粘土等有絮凝作用,在選礦中作為硅酸鹽類礦泥的抑制劑,提高礦砂收率。在鉀鹽礦、鎳礦、銅礦、鈾礦、金礦中應(yīng)用,均獲成功。
造紙工業(yè)
瓜爾膠及改性陽離子瓜爾膠可用于打漿機(jī)中上膠的膠料、槽法上膠的膠粘劑、增強(qiáng)劑等。
紡織工業(yè)
瓜爾膠多用作印染漿的增稠劑或補(bǔ)充劑,也作為紡織品上膠的膠料。
涂料工業(yè)
瓜爾膠和改性瓜爾膠常用于涂料的增稠劑,以提高涂料的性能。
煙草工業(yè)
在以煙末制成大張煙草薄片時添加瓜爾膠可減少刺激性,增加柔韌性和伸展力。
化妝品中行業(yè)
瓜爾膠改性后可用于頭發(fā)軟化劑、膏、霜類的增稠劑、護(hù)膚品的滋潤保濕劑等。
其他應(yīng)用
在農(nóng)藥、建筑材料、泥漿配制等多種產(chǎn)品中均有應(yīng)用。