CN101871180B - 一种粉状两性瓜尔胶衍生物的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种采用半干法，在同一反应器内同时完成瓜尔胶的阳离子化与阴离子化反应，制备高取代度粉状两性瓜尔胶衍生物的方法：氢氧化钠用醇/水混合物制成溶液，喷洒进瓜尔胶原粉中，再将粉末状的季铵化试剂在搅拌条件下加入该碱化的瓜尔胶中，再与羧烷基化试剂反应得到产品。该制备方法具有半干法的特征，在同一反应器内同时完成瓜尔胶的阳离子化与阴离子化反应，合成工艺简单，中间产品不必分离纯化，可以直接进行后续反应；并且合成过程中充分利用反应热，减少能量消耗。它解决了现有技术采用水法或有机溶剂法生产的改性瓜尔胶成本高、后处理困难和产品取代度低的问题。
Description
技术领域
本发明涉及一种粉状两性瓜尔胶衍生物的制备方法，尤其涉及一种采用半干法，在同一反应器内同时完成瓜尔胶的阳离子化与阴离子化反应，制备高取代度粉状两性瓜尔胶衍生物的方法。
背景技术
瓜尔胶是一种天然的半乳甘露聚糖胶，从产于印度、巴基斯坦等地的瓜尔豆种子的胚乳中提取得到。瓜尔胶独特的结构特征决定了其易于被化学改性，其衍生物在造纸工业中的应用十分广泛。两性瓜尔胶作为纸张增强剂用于造纸工业，具有类似“抗离子干扰”的作用，且对体系中的明矾等化学品的干扰相应减小，且由于电荷近中性，对体系中pH值适应范围广，不仅适用于酸性造纸，同时适用于中碱性造纸。另外，瓜尔胶出色的生物降解性能缓解了造纸工业的环境污染问题，符合清洁生产理念。
专利EP0943672公开了一种醇溶剂法制备两性瓜尔胶衍生物的方法。专利US3467647公开了一种采用碱性水溶性体系制备的两性瓜尔胶衍生物，其产品的取代度相当低。这些专利技术都是采用水法或有机溶剂法，不仅必须添加抗凝胶剂等化学助剂，而且后处理困难，同时产品取代度低，用作纸张增强剂其效果不如取代度高的产品。
发明内容
本发明的目的就是针对上述现有技术中存在的问题，提供一种用于纸张增强剂的两性瓜尔胶衍生物的制备方法。该方法采用半干法，在同一反应器内同时完成瓜尔胶的阳离子化与阴离子化反应，操作简单，反应条件温和，制得的两性瓜尔胶衍生物的取代度高。
本发明的技术方案为：基于瓜尔胶的羧甲基化反应条件与阳离子化反应条件一致，提出了一种在低温下、在同一反应器内同时完成瓜尔胶的阳离子化与阴离子化反应，制备高取代度粉状两性瓜尔胶衍生物的方法。
两性瓜尔胶衍生物的制备方法包括如下步骤：(1)瓜尔胶的碱化、(2)阳离子化与阴离子化反应、(3)提纯，具体如下：
(1)瓜尔胶碱化：将碱性催化剂用醇/水混合物制成溶液，在搅拌条件下喷洒进瓜尔胶原粉中，继续搅拌0.5h；
(2)阳离子化与阴离子化反应：将以瓜尔胶原粉为基准质量分数5～30％的阳离子醚化剂加入到步骤(1)所得的碱化瓜尔胶中，搅拌均匀，加热到60～85℃，保温30min；再加入以瓜尔胶原粉为基准质量分数5～25％的阴离子醚化剂，并搅拌均匀，继续在60～85℃下反应2～6h，反应完成后，用盐酸调节pH值到中性，制得粉末状粗产品；
(3)提纯：将步骤(2)所得的粉末状粗产品用95％乙醇溶液浸泡，过滤，洗涤，真空干燥，即得具有高取代度的粉状两性瓜尔胶衍生物。
其中，所述的碱性催化剂为氢氧化钠、氢氧化钾或乙醇钠；所述的醇/水混合物中醇与水的质量比为0.1∶1～0.5∶1，碱性催化剂用量是以瓜尔胶原粉为基准的质量分数2～5％，醇/水混合物加入量是以瓜尔胶原粉为基准的质量分数20～35％；所述的阳离子醚化剂是一种季铵化试剂，为3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵或环氧丙基三甲基氯化铵；所述的阴离子化试剂是一种含有羧烷基的试剂，为氯乙酸或氯乙酸钠；调节物料pH值所用的酸性物质为醋酸、盐酸或柠檬酸。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
1.本发明的粉状两性瓜尔胶衍生物的制备方法属于半干法，与现有技术采用水法或有机溶剂法相比，半干法合成反应不必加入抗凝胶剂和多种催化剂，基本无三废，反应条件温和，反应物转化率高。
2.利用该方法，可以在同一反应器内完成同时完成瓜尔胶的阳离子化与阴离子化，合成工艺简单；加碱量为分步完成瓜尔胶阴、阳离子化的50％，大大降低了成本。
3.与现有技术相比，本发明制得的产品取代度高，用作纸张增强剂效果更好。
本发明制备的粉状两性瓜尔胶衍生物增强剂，其阴离子基团和阳离子基团在纸浆中产生协同效应，显著提高增强效果。用量为0.5％时(以两性瓜尔胶粉末占纸浆干浆重量计算)，添加两性瓜尔胶与不添加该助剂相比，杨木BCTMP抄造的纸张抗张指数提高了24.7％，耐折度提高了35.3％，耐破指数提高了27.6％。
具体实施方式
实施例1
将2g碱溶解在20ml水与3.5ml乙醇的混合液中，喷入到50g瓜尔胶原粉中搅拌0.5h。瓜尔胶原粉充分碱化，在搅拌条件下0.5h内加入3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵10g，继续搅拌0.5h。然后升温到65℃，保温30min后，在搅拌条件下0.5h内加入8g氯乙酸钠，继续搅拌0.5h。维持反应温度在70℃，反应4h后，降温，用盐酸调节pH值到7。粗产品用95％乙醇浸泡、过滤、洗涤、真空干燥得淡黄色粉末状高取代度两性瓜尔胶。产品主要技术参数为：含氮量2.10％，阳离子取代度为0.297，阴离子取代度为0.076。
实施例2
将2g碱溶解在15ml水与3ml乙醇的混合液中，喷入到50g瓜尔胶原粉中搅拌0.5h。瓜尔胶原粉充分碱化，在搅拌条件下0.5h内加入3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵7.5g，继续搅拌0.5h。然后升温到65℃，保温30min后，在搅拌条件下0.5h内加入5g氯乙酸钠，继续搅拌0.5h。维持反应温度在75℃，反应4h后，降温，用醋酸调节pH值到7。粗产品用95％乙醇浸泡、过滤、洗涤、真空干燥得淡黄色粉末状高取代度两性瓜尔胶。产品主要技术参数为：含氮量1.80％，阳离子取代度为0.258，阴离子取代度为0.075。
Claims (2)
1.一种粉状两性瓜尔胶衍生物的制备方法，包括采用3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵或环氧丙基三甲基氯化铵为阳离子醚化剂，氯乙酸或氯乙酸钠为阴离子醚化剂，含有如下步骤：(1)瓜尔胶的碱化、(2)阳离子化与阴离子化反应、(3)提纯，其特征在于步骤(2)阳离子化与阴离子化反应中采用半干法，在同一反应器内将以瓜尔胶原粉为基准质量分数5～30％的阳离子醚化剂加入到步骤(1)所得的碱化瓜尔胶中，搅拌均匀，加热到60～85℃，保温30min；再加入以瓜尔胶原粉为基准质量分数5～25％的阴离子醚化剂，并搅拌均匀，继续在60～85℃下反应2～6h，同时完成瓜尔胶的阳离子化与阴离子化反应。
2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于步骤(1)瓜尔胶的碱化中醇/水混合物中的醇与水的质量比为0.1∶1～0.5∶1，碱性催化剂加入量是以瓜尔胶原粉为基准的质量分数2～5％，醇/水混合物加入量是以瓜尔胶原粉为基准的质量分数20～35％。
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