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(shí)間延長而增大,表現(xiàn)了水溶性高分子溶解的時(shí)間依賴性。其中粘度可以通過粘度測(cè)定儀來進(jìn)行粘度測(cè)定。從3.5——4.5min即80——90℃,粘度有一個(gè)明顯的快速增長區(qū)間,對(duì)應(yīng)于在這個(gè)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。
瓜爾膠的最初出現(xiàn)是作為刺槐豆膠(Locustbeangum)的替代品而產(chǎn)生的。
在此之前,刺槐豆膠被廣泛應(yīng)用于工業(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(gè)甘露糖單才有15個(gè)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(shí),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(duì)瓜爾膠原粉進(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。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(gè)很大優(yōu)勢(shì)。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?cè)谔岣邽V水的同時(shí)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(shí),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(shí)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(shí)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(duì)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(huì)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。