CN101768225B - 胶液透明的阳离子瓜尔胶及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种阳离子瓜尔胶及其制备方法，该阳离子瓜尔胶由下述方法制备而成：(1)将26～32重量份固体碱放入150～360重量份分散介质中，配制高浓度的碱液，然后将100重量份的瓜尔胶加入到碱液中充分溶胀；(2)滴加140～200重量份阳离子醚化剂，在40～80℃温度下反应2～5h，然后用酸中和至pH为7～8，洗涤、离心、干燥。本阳离子瓜尔胶溶液具有较高的透明性，分光光度计测定1％该瓜尔胶衍生物溶液的透光率可高达85％以上；粘度位于100～800mPa.s；阳离子取代度高，可达0.7～1.0。本发明阳离子瓜尔胶的粘度适宜，胶液稳定，非常适合用于透明的个人护理品领域。

Description

胶液透明的阳离子瓜尔胶及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种多糖的改性产品及其制备方法，尤其是一种阳离子瓜尔胶及其制备方法。

背景技术

瓜尔胶，英文名为“guargum”，也称做古耳胶、瓜胶等，是从广泛种植于印巴次大陆的一种豆科植物-瓜尔豆中提取的一种高纯化天然多糖。瓜尔胶多糖，为天然的半乳甘露聚糖，其化学结构的主链为(1，4)-β-D甘露糖为单元，侧链由α-D半乳糖组成并以(1，6)键与主链相连。每隔一个甘露糖就有一个半乳糖支链，两者的比例大约是2∶1。多糖能分散在水中，形成高粘度液体，一般多糖原粉的1％水溶液的粘度为4000～6000mPa·s。天然瓜尔胶多糖有以下缺点：水不溶物含量高；不能快速溶胀水合，溶解速度慢；粘度不易控制；耐电解质、耐微生物降解性较差，但是经研究发现，对多糖原粉进行改性后可以明显改善以上缺点。

瓜尔胶多糖的改性研究是基于其不同的应用目的展开的，改性的多糖主要用在日用化学品、油田化学品、造纸工业、矿山开采等方面，并得到规模的市场认可。

瓜尔胶的分子结构上引入阳离子基后显正电性，可用作造纸助剂、洗发香波、护肤用品和织物护理剂等方面。CN1401725A介绍了一种阳离子瓜尔胶多糖的制备方法。该阳离子多糖用于洗发香波及其它化妆品行业，是一种新型阳离子表面活性剂；中国专利CN1757827A介绍了一种羟烷基阳离子多糖的制备方法，该多糖分子中既带有季胺盐阳离子，又接枝了非离子羟烷基基团，用作纸张助留剂。其不足之处在于改性瓜尔胶多糖水溶液浓度较低，其制备方法难以工业化和大批量生产，成本较高。美国专利US5756720中公开了一种非离子阳离子化透明瓜尔胶的制备方法，该产品可用于透明个人护理品和其它工业领域，它是以工业化羟烷基瓜尔胶为基料进行阳离子化反应，成本较高。应用事实表明，不同取代度、不同粘度的阳离子瓜尔胶应用的领域不同，美国USP3326890，USP3350186，USP 3483121等公开了阳离子瓜尔胶的制备工艺，但这些技术存在合成步骤复杂，产品的取代度低的缺陷，尤其是不能应用于透明日化用品方面。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种制备成本低的胶液透明的阳离子瓜尔胶的制备方法；本发明还提供了一种该制备方法得到的胶液透明的阳离子瓜尔胶。

为解决上述技术问题，本发明方法采用下述工艺步骤：(1)将26～32重量份固体碱放入150～360重量份分散介质中，配制高浓度的碱液，然后将100重量份的瓜尔胶加入到碱液中充分溶胀，得到分散液；

(2)在分散液中滴加按有效成分计85～150重量份的阳离子醚化剂溶液，在40～80℃温度下反应2～5h，然后用酸中和至pH为7～8，洗涤、离心、干燥。

作为本发明的一种优选方案，所述步骤(1)中，瓜尔胶在碱液中溶胀的时间是20～150分钟。

优选的固体碱为氢氧化钠和/或氢氧化钾。

优选的分散介质是甲醇、乙醇、异丙醇、正丁醇、石油醚、丙酮中的一种或几种与水的混合物；反应介质中水的重量分数在10-35％之间。反应介质中的溶剂份额需要足够高，从而水溶性瓜尔胶或瓜尔胶衍生物并不是溶解而是分散在其中；同样，在反应介质中的水的含量也要使得反应介质中所加入的碱可以溶解。

优选的阳离子醚化剂选自3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵、2，3-环氧丙基三甲基氯化铵中的一种或二者的混合物。

优选的步骤(2)中所述的酸可选自盐酸、硫酸、磷酸、乙酸或柠檬酸中的一种或几种。

本发明还提供了上述任意一种方法制备的阳离子瓜尔胶。

优选的，本发明阳离子瓜尔胶的表观粘度为100～800mPa·s，阳离子基取代度为0.7～1.0，分光光度计测定1％溶液的透光率可高达85％以上。

本发明的发明构思是：瓜尔胶原粉在强碱条件下进行充分的碱化，为阳离子醚化提供了充足的活性反应位，有利于醚化反应的发生。瓜尔胶分子上引入大量的醚化基团后使得大分子呈阳离子电解质的性质，破坏了氢键，大大提高了改性瓜尔胶溶液的透明性。

采用上述技术方案所产生的有益效果在于：本发明胶液透明的阳离子瓜尔胶的溶液(胶液)具有较高的透明性，分光光度计测定1wt％该阳离子瓜尔胶溶液的透光率可高达85％以上；粘度位于100～800mPa·s(粘度测试条件：质量百分比浓度1％、温度25℃、3号转子转速为6rpm)；阳离子取代度高，可达0.7～1.0。本发明阳离子瓜尔胶的粘度适宜，胶液稳定，非常适合用于透明的个人护理品领域。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步详细的说明，但本发明的实施方式不限于此。

实施例1：

将30克固体NaOH放入230克的乙醇和60克水的混合液(分散介质，水的重量分数为20.7％)中，搅拌溶解得高浓度的碱液，倒入三口瓶中，加入100克瓜尔胶原粉，室温搅拌均匀，碱化1.5小时，得到分散液。升温至60℃，在分散液中滴加3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵醚化剂溶液160克(质量百分比浓度69％，含3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵110.4克)，恒温反应2.5小时后，降温，得到反应液。将反应液用质量百分浓度30wt％的盐酸调节pH值为7，洗涤、过滤、烘干后得到本胶液透明的阳离子瓜尔胶。阳离子瓜尔胶的产量为159克，参照GB12309-90《工业玉米淀粉国家标准》中淀粉取代度的测定方法测定阳离子瓜尔胶的取代度，经检测阳离子瓜尔胶的取代度为0.78，1wt％胶液粘度为270mPa·s，分光光度计测定1wt％胶液的透光率为89％。

实施例2：

将32克固体KOH碱放入200克的异丙醇和52克水的混合液(分散介质，水的重量分数为20.6％)中，搅拌溶解得高浓度的碱液，倒入三口瓶中，加入100克瓜尔胶原粉，室温搅拌均匀，碱化2小时，得到分散液。升温至50℃，在分散液中滴加3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵醚化剂溶液180克(质量百分比浓度69％，含3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵124.2)，恒温反应3.5小时后，降温，得到反应液。将反应液用30wt％的盐酸调节pH值为7，洗涤、过滤、烘干后得到胶液透明的阳离子瓜尔胶。阳离子瓜尔胶的产量为168克，参照GB12309-90测定取代度为0.83，1wt％胶液粘度为150mPa·s，分光光度计测定1wt％胶液的透光率为91％。

实施例3：

将26克固体NaOH碱放入200克的异丙醇和52克水的混合液(分散介质，水的重量分数为20.6％)中，搅拌溶解得高浓度的碱液，倒入三口瓶中，加入100克瓜尔胶原粉，室温搅拌均匀，碱化2小时，得到分散液。升温至50℃，在分散液中滴加3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵醚化剂溶液160克(质量百分比浓度69％，含3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵110.4克)，恒温反应4.5小时后，降温，得到反应液。将反应液用30wt％的盐酸调节pH值为7，洗涤、过滤、烘干后得到胶液透明的阳离子瓜尔胶。阳离子瓜尔胶的产量为147克，参照GB12309-90测定取代度为0.74，1wt％胶液粘度为550mPa·s，分光光度计测定1wt％胶液的透光率为86％。

实施例4：

将31克固体NaOH碱放入210克的甲醇和60克水的混合液(分散介质，水的重量分数为22.2％)中，搅拌溶解得高浓度的碱液，倒入三口瓶中，加入100克瓜尔胶原粉，室温搅拌均匀，碱化2.5小时，得到分散液。升温至50℃，在分散液中加入2，3-环氧丙基三甲基氯化铵溶液140克(质量百分比浓度90％，含3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵126克)，恒温反应4小时后，降温，得到反应液。将反应液用柠檬酸调节pH值为7，洗涤、过滤、烘干后得到胶液透明的阳离子瓜尔胶。阳离子瓜尔胶的产量为176克，参照GB12309-90测定取代度为0.91，1wt％胶液粘度为120mPa·s，分光光度计测定1wt％胶液的透光率为94％。

实施例5：

将28克固体KOH放入120克的正丁醇和30克水的混合液(分散介质，水的重量分数为20％)中，搅拌溶解得高浓度的碱液，倒入三口瓶中，加入100克瓜尔胶原粉，室温搅拌均匀，碱化1小时，得到分散液。升温至80℃，在分散液中加入3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵溶液123克(质量百分比浓度69％，含3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵85克)，恒温反应5小时后，降温，得到反应液。将反应液用30wt％的硫酸调节pH值为7.5，洗涤、过滤、烘干后得到本胶液透明的阳离子瓜尔胶。阳离子瓜尔胶的产量为164克，参照GB12309-90《工业玉米淀粉国家标准》中淀粉取代度的测定方法测定阳离子瓜尔胶的取代度，经检测取代度为0.74，1wt％胶液粘度为298mPa·s，分光光度计测定1wt％胶液的透光率为86％。

实施例6：

将27克固体NaOH放入100克石油醚、134克丙酮和126克水的混合液(分散介质，水的重量分数为35％)中，搅拌溶解得高浓度的碱液，倒入三口瓶中，加入100克瓜尔胶原粉，室温搅拌均匀，碱化20min，得到分散液。升温至80℃，在分散液中加入2，3-环氧丙基三甲基氯化铵溶液167克(质量百分比浓度90％，含3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵150克)，恒温反应3小时后，降温，得到反应液。将反应液用乙酸和柠檬酸调节pH值为8，洗涤、过滤、烘干后得到本胶液透明的阳离子瓜尔胶。阳离子瓜尔胶的产量为161克，参照GB12309-90《工业玉米淀粉国家标准》中淀粉取代度的测定方法测定阳离子瓜尔胶的取代度，经检测取代度为0.72，1wt％胶液粘度为330mPa·s，分光光度计测定1wt％胶液的透光率为88％。

实施例7：

将30克固体KOH放入150克甲醇、174克乙醇和36克水的混合液(分散介质，水的重量分数为10％)中，搅拌溶解得高浓度的碱液，倒入三口瓶中，加入100克瓜尔胶原粉，室温搅拌均匀，碱化100分钟，得到分散液。升温至40℃，在分散液中加入3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵醚化剂溶液101克(质量百分比浓度69％，含3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵70克)和2，3-环氧丙基三甲基氯化铵溶液89克(质量百分比浓度90％，含3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵80克)，恒温反应5小时后，降温，得到反应液。将反应液用85wt％的磷酸调节pH值为7，洗涤、过滤、烘干后得到本胶液透明的阳离子瓜尔胶。阳离子瓜尔胶的产量为167克，参照GB12309-90《工业玉米淀粉国家标准》中淀粉取代度的测定方法测定阳离子瓜尔胶的取代度，经检测取代度为0.8，1wt％胶液粘度为358mPa·s，分光光度计测定1wt％胶液的透光率为91％。

Claims (8)

1.一种阳离子瓜尔胶的制备方法，其特征在于，该方法采用下述工艺步骤：(1)将26～32重量份固体碱放入150～360重量份分散介质中，配制高浓度的碱液，然后将100重量份的瓜尔胶加入到碱液中充分溶胀，得到分散液；

(2)在分散液中滴加按有效成分计85～150重量份的阳离子醚化剂溶液，在40～80℃温度下反应2～5h，然后用酸中和至pH为7～8，洗涤、离心、干燥。

2.根据权利要求1所述的阳离子瓜尔胶的制备方法，其特征在于：步骤(1)中，瓜尔胶在碱液中溶胀的时间是20～150分钟。

3.根据权利要求1所述的阳离子瓜尔胶的制备方法，其特征在于：所述的固体碱为氢氧化钠和/或氢氧化钾。

4.根据权利要求1所述的阳离子瓜尔胶的制备方法，其特征在于：所述的分散介质是甲醇、乙醇、异丙醇、正丁醇、石油醚、丙酮中的一种或几种与水的混合物；分散介质中水的重量分数在10～35％之间。

5.根据权利要求1所述的阳离子瓜尔胶的制备方法，其特征在于：所述的阳离子醚化剂选自3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵、2，3-环氧丙基三甲基氯化铵中的一种或二者的混合物。

6.根据权利要求1所述的阳离子瓜尔胶的制备方法，其特征在于：步骤(2)中所述的酸选自盐酸、硫酸、磷酸、乙酸或柠檬酸中的一种或几种。

7.权利要求1-6所述的任意一种方法制备的阳离子瓜尔胶。

8.根据权利要求7所述的阳离子瓜尔胶，其特征在于：其25℃时1wt％溶液的表观粘度为100～800mPa.s，阳离子基取代度为0.7～1.0，1wt％溶液的透光率为85％～95％。