CN101974098A - 一种两性瓜尔胶的一步法制备方法 - Google Patents

Abstract

一种两性瓜尔胶的一步法制备方法，属于瓜尔胶改性技术领域。本发明公开的制备方法如下：(1)常温下在胺类水溶液中加入一定量的氯乙酸，控制pH为7-10反应，制备氨基乙酸盐酸盐；(2)制备的氨基乙酸盐酸盐和低碳类环氧烷分散在弱极性或非极性溶剂中在50-70℃下反应，制得两性中间体；(3)常温下将瓜尔胶原粉加入弱极性或非极性的溶剂中，加入碱性催化剂，进行碱性催化；(4)0.05-0.33MPa的压力下，加入两性中间体，进行醚化反应，从反应的产物中收集两性瓜尔胶产品。本发明所制备的产品具有较强的抗离子干扰作用，耐盐作用；可以作为助留助滤剂用于造纸中，效果明显，且成纸的匀度较高；用作增强剂可明显的提高纸的干强度而不降低纸的柔软性。

Description

一种两性瓜尔胶的一步法制备方法

技术领域

本发明涉及一种两性瓜尔胶的一步法制备方法，属于瓜尔胶改性技术领域。

背景技术

瓜尔胶（guar gum），是从广泛种植于印度、巴基斯坦的瓜尔豆的胚乳中分离、提取、纯化得到的一种植物胶。其主要成分为半乳甘露聚糖，就其分子结构来说是一种非离子多糖，主链由(1～4)–β–D–甘露糖为单元连接而成，侧链由单个α–D–半乳糖组成并以(1～6)键与主链相接，甘露糖/半乳糖的比例为2∶1。瓜尔胶相对分子质量一般在20万～200万，因其生长在高温、干旱缺水环境，瓜尔胶具有冷水易溶性。尤其是瓜尔胶的分子构型与纤维素非常相似，这种相似性使它对纤维素有很强的亲和性，使它易于吸附到纤维上而产生助留、助滤和增强效果。

瓜尔胶原粉只能溶解在水溶液中，但是原粉在水溶液中溶解慢、水不溶物含量高等缺陷在很大程度上限制它的应用。人们常常利用化学手段改变其理化特性以满足实际工业生产需要。瓜尔胶的改性研究是基于其不同的应用目的展开的，改性的瓜尔胶主要用在食品工业，化妆品工业，纺织工业，油田化学品，造纸工业，矿山开采等方面，并得到大规模的市场认同。例如对瓜尔胶原粉进行阴离子化使其具有一定的阴离子电荷，可以用作造纸助剂，增加纸张的印刷性能、抗压、耐折、耐磨等性能；对瓜尔胶原粉进行阳离子化使其具有一定的阳离子电荷，可以用作造纸助剂、洗发香波、护肤用品、织物护理剂等。作为助留剂能有效改善助留，显著提高填料留着率，对纸张匀度无太大影响，不影响脱水。随着对瓜尔胶化学改性的不断深入研究，两性瓜尔胶以其独特的结构，近年来引起了世界各国的广泛关注，其应用范围十分广泛，包括食品、炸药、油田化学、农业化学、造纸化学和个人护理品等。将两性瓜尔胶用于含机械浆的纸张中，可以提高纸张的内部强度和表面强度；用于制造高柔软度的餐巾纸可增强纸张的干强度而不降低其柔软度；另外由于两性瓜尔胶具有优良的相容性和亲和性及透明度，还可广泛用于个人护理品和日用化妆品中。通常制备两性瓜尔胶是通过先阳离子化，后阴离子化或先阴离子化后阳离子化来制备。也有的是阴阳离子同时引进。不过上述方法形成的两性瓜尔胶，阴、阳离子取代基不在同一位点的两性瓜尔胶中,阴、阳离子取代基可能位于同一链节，也可能处于不同的链节，是一种复杂的混合物，由于瓜尔胶及其衍生物性质相差不大，基本无法分离，这是瓜尔胶合成中无法避免的一个难题。

发明内容

本发明的目的是提供一种两性瓜尔胶的一步法制备方法，以解决上述合成方法存在的技术缺陷。

本发明的技术方案：一种两性瓜尔胶的一步法制备方法，步骤为：

（1）制备氨基乙酸盐酸盐：常温下在胺类水溶液中加入氯乙酸，以重量计将20-100份的胺类水溶液加入四口烧瓶，控制胺类水溶液中胺的质量浓度在30%-40%，在搅拌下滴加10-70份的氯乙酸，控制最终溶液中的氯乙酸质量浓度为10%-50%，用酸碱调节剂控制pH为7-10，升温至50-70℃，反应6-9小时；

（2）制备两性中间体：将步骤（1）制得的产物氨基乙酸盐酸盐分散在50-150份的弱极性或非极性溶剂中，滴加10-30份的低碳类环氧烷，在50-70℃下反应4-6小时，反应完成后，减压蒸馏除去弱极性或非极性溶剂，制得两性中间体；

（3）碱化：常温下将10-50份瓜尔胶原粉加入装有50-100份弱极性或非极性溶剂的有搅拌器的钢制反应器中，加入10-50份碱性催化剂，在搅拌下进行碱化30-50分钟；

（4）醚化：碱化完成后，升温到50-70℃，在0.05-0.33Mpa压力下缓慢滴加5-25份步骤（2）制备的两性中间体，在搅拌下进行醚化反应5-7小时；

（5）后处理：醚化反应完成后冷却至室温，边搅拌边加醋酸调pH值为中性，产物进行高速离心分离，在100-130℃干燥箱中干燥，研磨机中进行粉碎，得到成品。

所述的胺类水溶液中的胺选自一甲胺，二甲胺，乙二胺，二乙胺中的一种。

所述的弱极性或非极性溶剂选自甲醇，乙醇，异丙醇，石油醚或丙酮。

所述的低碳类环氧烷选自环氧丙烷，环氧氯丙烷，或环氧乙烷。

所述的碱性催化剂为氢氧化钠，碳酸钠，氢氧化钾，氢氧化镁，氢氧化钙，乙醇胺，二乙醇胺或三乙醇胺。

所述的酸碱调节剂选自盐酸，柠檬酸或醋酸。

用所述方法制备的两性瓜尔胶的应用，作为助留助滤剂用于造纸上，能得到良好的助留助滤效果。

瓜尔胶原粉采用市售产品。

本发明的有益效果：本发明所制备的两性瓜尔胶产品具有较强的抗离子干绕作用，耐盐作用。可以作为助留助滤剂用于造纸中，效果明显，且成纸的匀度较高。用作增强剂可明显的提高纸的干强度而不降低纸的柔软性。

具体实施方式

实施例1

将65克质量浓度为40%的乙二胺水溶液加入到四口烧瓶中，在搅拌下滴加50克氯乙酸，控制pH值为8.5，升至50℃，反应8 h。反应结束后减压蒸馏，加入浓盐酸，析出白色固体，用丙酮和乙醇的混合溶剂进行提纯，得白色柱状晶体，即为氨基乙酸盐酸盐(DMGC)。将制得的氨基乙酸盐酸盐和碳酸钠分散于丙酮中，滴加20克环氧氯丙烷，升至50℃，反应4小时。待反应结束后减压蒸馏除去丙酮，得透明黏稠状浅黄色液体，即为制得的两性中间体。在反应釜中加入50克瓜尔胶原粉，加入10克氢氧化钠和70克乙醇，在搅拌过程中进行碱化30分钟，加入20克两性中间体，控制温度为60℃，在0.15Mpa压力下反应5小时，反应完成后冷到室温，边搅拌边加醋酸调pH值为中性。产物进行高速离心分离，在110℃干燥箱中干燥，研磨机中进行粉碎，得到成品。

实施例2

将60克质量浓度为35%的二乙胺水溶液加入到四口烧瓶中，在搅拌下滴加40克氯乙酸，控制pH值为8.0，升至55℃，反应7h。反应结束后减压蒸馏，加入浓盐酸，析出白色固体，用丙酮和乙醇的混合溶剂进行提纯，得白色柱状晶体，即为氨基乙酸盐酸盐(DMGC)。将制得的氨基乙酸盐酸盐和碳酸钠分散于乙醇中，滴加15克环氧氯丙烷，升至50℃，反应5小时。待反应结束后减压蒸馏除去乙醇，得透明黏稠状浅黄色液体，即为制得的两性中间体。在反应釜中加入50克瓜尔胶原粉，加入15克氢氧化钠和90克乙醇，在搅拌过程中进行碱化40分钟，加入10克两性中间体，控制温度为65℃，在0.20Mpa压力下反应6小时，反应完成后冷到室温，边搅拌边加醋酸调pH值为中性。产物进行高速离心分离，在110℃干燥箱中干燥，研磨机中进行粉碎，得到成品。

实施例3

将80克质量浓度为30%的二甲胺水溶液加入到四口烧瓶中，在搅拌下滴加70克氯乙酸，控制pH值为9.0，升至70℃，反应9h。反应结束后减压蒸馏，加入浓盐酸，析出白色固体，用丙酮和乙醇的混合溶剂进行提纯，得白色柱状晶体，即为氨基乙酸盐酸盐(DMGC)。将制得的氨基乙酸盐酸盐和碳酸钠分散于异丙醇中，滴加30克环氧氯丙烷，升至70℃，反应6小时。待反应结束后减压蒸馏除去异丙醇，得透明黏稠状浅黄色液体，即为制得的两性中间体。在反应釜中加入50克瓜尔胶原粉，加入50克氢氧化钠和100克乙醇，在搅拌过程中进行碱化50分钟，加入25克两性中间体，控制温度为70℃，在0.30Mpa压力下反应7小时，反应完成后冷到室温，边搅拌边加醋酸调pH值为中性。产物进行高速离心分离，在110℃干燥箱中干燥，研磨机中进行粉碎，得到成品。

实施例4 两性瓜尔胶应用

两性瓜尔胶的添加量在0.02%-0.1%（相对于绝干浆），抗张强度提高10％-20％，撕裂指数提高15％-30％，干强度提高15％-20％。助留助滤效果见下表：

（留着率提高的越高，滤水度降低的越低，说明助留助滤效果越好）

两性瓜尔胶投加量（%）	留着率（%）	滤水度（SR）
			0	43	42
0.02	78.2	27
			0.04	80.5	27
0.06	82.3	26
			0.08	86.1	26
0.1	86.1	26

Claims (7)

1.一种两性瓜尔胶的一步法制备方法，其特征在于步骤为：

（1）制备氨基乙酸盐酸盐：常温下在胺类水溶液中加入氯乙酸，以重量计将20-100份的胺类水溶液加入四口烧瓶，控制胺类水溶液中胺的质量浓度在30%-40%，在搅拌下滴加10-70份的氯乙酸，控制最终溶液中的氯乙酸质量浓度为10%-50%，用酸碱调节剂控制pH为7-10，升温至50-70℃，反应6-9小时；

（2）制备两性中间体：将步骤（1）制得的产物氨基乙酸盐酸盐分散在50-150份的弱极性或非极性溶剂中，滴加10-30份的低碳类环氧烷，在50-70℃下反应4-6小时，反应完成后，减压蒸馏除去弱极性或非极性溶剂，制得两性中间体；

（3）碱化：常温下将10-50份瓜尔胶原粉加入装有50-100份弱极性或非极性溶剂的有搅拌器的钢制反应器中，加入10-50份碱性催化剂，在搅拌下进行碱化30-50分钟；

（4）醚化：碱化完成后，升温到50-70℃，在0.05-0.33Mpa压力下缓慢滴加5-25份步骤（2）制备的两性中间体，在搅拌下进行醚化反应5-7小时；

（5）后处理：醚化反应完成后冷却至室温，边搅拌边加醋酸调pH值为中性，产物进行高速离心分离，在100-130℃干燥箱中干燥，研磨机中进行粉碎，得到成品。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的胺类水溶液的胺选自一甲胺，二甲胺，乙二胺，二乙胺中的一种。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的弱极性或非极性溶剂选自甲醇，乙醇，异丙醇，石油醚或丙酮。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的低碳类环氧烷选自环氧丙烷，环氧氯丙烷，或环氧乙烷。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的碱性催化剂选自氢氧化钠，碳酸钠，氢氧化钾，氢氧化镁，氢氧化钙，乙醇胺，二乙醇胺或三乙醇胺。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的酸碱调节剂选自盐酸，柠檬酸或醋酸。

7.用权利要求1所述方法制备的两性瓜尔胶的应用，其特征在于作为助留助滤剂用于造纸上，能得到良好的助留助滤效果。