CN102115503B - 两性瓜尔胶及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种两性瓜尔胶的制备方法。制备方法如下：(1)将碱性催化剂与阳离子醚化剂混合后，喷淋到瓜尔胶粉末上反应；(2)将复合阴离子溶液喷淋到步骤(1)的产物上，反应，然后用酸性中和剂中和pH至6-8，干燥，获得产品两性瓜尔胶。本发明制备的两性瓜尔胶，取代度高，粘度稳定性好，透明度高，用于造纸具有良好的助留助滤效果。
Description
技术领域
本发明涉及一种两性瓜尔胶及其制备方法和应用。
背景技术
瓜尔胶是一种豆科植物，为天然的半乳甘露聚糖，主要生长于印度和巴基斯坦干旱地区，其化学结构的主链为(1，4)-β-D甘露糖单元，侧链为α-D半乳糖组成，并以(1，6)键与主链相接。半乳糖在主链上呈无规分布，这种基本呈线性而具有分支的结构决定了瓜尔胶的特性与那些无分支、不溶于水的葡甘露聚糖有明显的不同。它与纤维素有相似的结构，决定了它与纤维素有了天然的相亲性。
瓜尔胶原粉能溶解在水中，但在水中溶解速度缓慢，水不溶物含量高等缺陷在很大程度上限制了它的应用，故人们常常利用化学手段改变其理化特性以满足工业生产需要。瓜尔胶的改性研究是基于不同的应用目的展开的，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，增强纸张的印刷、抗压、耐折和耐磨等性能；对瓜尔胶进行阳离子化使其具有一定的阳离子电荷，可以用作造纸助留助滤剂、洗发香波、护理用品、织物护理剂等。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，今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。将两性瓜尔胶用于木浆及各种混配浆的纸张中，可以改善纸张匀度，提高保留，是一种良好的助留助滤剂。目前两性瓜尔胶的制备方法主要是连续乙醇处理法，该方法工艺繁杂，固液分离困难，生产效率低，而且产品水溶液储存稳定性差，室温放置一周即出现分层现象。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术存在的缺点，提供一种两性瓜尔胶及其制备方法和应用。
本发明的方法，包括以下步骤：
(1)阳离子醚化反应：将碱性催化剂与阳离子醚化剂混合均匀后，喷淋到瓜尔胶粉末上，40～70℃反应3～6小时，冷却至室温，得阳离子醚化基取代度达到0.2～0.8的阳离子瓜尔胶；
所述碱性催化剂为氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化镁、氢氧化钙、二乙醇按或三乙醇胺中的一种以上；
所述碱性催化剂与瓜尔胶的重量比为5～10∶100；
所述阳离子醚化剂为3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵、4-氯-2-丁烯基三甲基氯化铵或环氧丙基三甲基氯化铵，优选4-氯-2-丁烯基三甲基氯化铵；
阳离子醚化剂与瓜尔胶的重量比为20～40∶100；
(2)阴离子化反应：将复合阴离子溶液喷淋到步骤(1)的产物上，40～70℃反应2～4小时，然后用酸性中和剂中和pH至6-8，干燥至物料的重量水份含量降至≤10％，获得产品两性瓜尔胶，其阳离子取代度DS为0.2～0.8，阴离子取代度DS为0.1～0.6；
所述复合阴离子为磷酸氢二钠、磷酸二氢钠、氯氧化磷或三聚磷酸钠中的两种以上，优选磷酸二氢钠和三聚磷酸钠的混合物；
两者重量比为2∶3～5；3
复合阴离子与瓜尔胶的重量比为10-20∶100
复合阴离子溶液的重量浓度为40～60％；
步骤(2)中，所述酸性中和剂为盐酸、硫酸、冰醋酸或磷酸，优选冰醋酸；
所述干燥，优选采用气流干燥；
采用上述方法制备的两性瓜尔胶，可作为造纸用于造纸中。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
1、本发明采用半干法制备，分别通过阳离子化、阴离子化而得到产品，工艺简单，不需要繁琐的洗涤、抽滤过程，与现有技术溶剂法相比，不需要加入抗凝胶剂和多种催化剂，无三废，反应条件温和，反应物转化率高，减少了副反应的发生。
2、本发明产品在造纸中应用，在改善滤水性能、提高纤维和填料留着的同时，还能显著的提高纸张的抗张强度，其原因不十分清楚，可能是由于本发明体系中添加特定的阳离子基团和阴离子基团在纸浆中产生协同作用而造成的。
3、本发明的产品是造纸行业是一种良好的助留助滤剂。
以下实施例以充分阐明本发明，在实施例中，份数和百分比均是以干重计。
具体实施方式
实施例1
取瓜尔胶原粉200份，3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵80份，并用氢氧化钠10份混合均匀后，与瓜尔胶均匀掺和，搅拌下升温到70℃，并在此温度下保温3个小时，冷却至室温，测得阳离子醚化剂取代度为0.79；
将磷酸二氢钠10份与三聚磷酸钠15份溶解在25份水中，而后喷淋在上述制得的阳离子瓜尔胶上，升温至40℃，并在此温度下保温4个小时，冷却至室温，用盐酸中和至pH为6.0，气流干燥，将水份降至9.5％，测得阴离子取代度DS为0.1。
实施例2
取瓜尔胶原粉200份，4-氯-2-丁烯基三甲基氯化铵40份，并用氢氧化钠20份混合均匀后，与瓜尔胶均匀掺和，搅拌下升温到40℃，并在此温度下保温6个小时，冷却至室温，测得阳离子醚化剂取代度为0.22；
将磷酸氢二钠25份与氧氯化磷15份溶解在50份水中，而后喷淋在上述制得的阳离子瓜尔胶上并混合均匀后，升温至70℃，并在此温度下保温2个小时，冷却至室温，用冰醋酸中和剂中和PH值至7.0；用气流干燥法将水份降至7.0％，测得阴离子取代度DS为0.58。
实施例3
取瓜尔胶原粉200份，环氧丙基三甲基氯化铵60份，并用氢氧化钠16份混合均匀后，与瓜尔胶均匀掺和，搅拌下升温到60℃，并在此温度下保温4个小时，冷却至室温，测得阳离子醚化剂取代度为0.56；
将磷酸氢二钠15份与磷酸氢二钠15份溶解在20份水中，而后喷淋在上述制得的阳离子瓜尔胶上并混合均匀后，升温至60℃，并在此温度下保温3个小时，冷却至室温，用盐酸中和PH值至7.8；用气流干燥法将水份降至8.0％，测得阴离子取代度DS为0.35。
实施例4
本发明的产品在混配浆中的应用，与空白样对比，通常可以使叩解度降低20～30％，细小纤维和填料保留率提高30-50％，同时使纸的白度、平滑度、物理强度、印刷适性得到改善，与专利CN101514233A产品对比，在使用同样量的情况下，可以使叩解度下降5-15％，细小纤维和填料保留率提高10-20％.
试验条件：
废纸浆：木浆＝80：20
添料：滑石粉
滤水性能测试：纸浆滤水性能测定GB/T18402-2001
助留效果测定：纸张和纸板试验，纸张和纸板灰分含量测定方法，NFQ03-047-1971
在混配浆中(实验室手工抄片数据)：
对比样：CN101514233A实施例4方法制备的样品。
Claims (7)
1.两性瓜尔胶的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将碱性催化剂与阳离子醚化剂混合后，喷淋到瓜尔胶粉末上，反应，得阳离子瓜尔胶；
(2)将复合阴离子溶液喷淋到步骤(1)的产物上，反应，然后用酸性中和剂中和pH至6-8，干燥，获得产品两性瓜尔胶；
所述复合阴离子为磷酸氢二钠、磷酸二氢钠、氯氧化磷或三聚磷酸钠中的两种，两种阴离子重量比为2∶3～5∶3，复合阴离子与瓜尔胶的重量比为10-20∶100；
步骤(1)中，40～70℃反应3～6小时，步骤(2)中，40～70℃反应2～4小时。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述碱性催化剂为氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化镁、氢氧化钙、二乙醇 胺或三乙醇胺中的一种以上。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，碱性催化剂与瓜尔胶的重量比为5～10∶100。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述阳离子醚化剂为3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵、4-氯-2-丁烯基三甲基氯化铵或环氧丙基三甲基氯化铵，阳离子醚化剂与瓜尔胶的重量比为20～40∶100。
5.根据权利要求1～4任一项所述的方法，其特征在于，所述酸性中和剂为盐酸、硫酸、冰醋酸或磷酸。
6.根据权利要求1～5任一项所述的方法制备的两性瓜尔胶。
7.根据权利要求6所述的两性瓜尔胶的应用，其特征在于，用作纸张助留助滤剂。
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