CN103709264A - 一种羧甲基瓜尔胶的制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种新的羧甲基瓜尔胶的制备方法，其制备反应过程由碱化反应、醚化反应和后处理三步组成。以瓜尔胶原粉为原料，用乙醇作为反应溶剂、氢氧化钠为催化剂制备羧甲基瓜尔胶，制得的羧甲基瓜尔胶的粘度为3600mPa.s，取代度为0.68。本发明在乙醇溶液中进行瓜尔胶的羧甲基化反应，使得氯乙酸与瓜尔胶反应得到的羧甲基瓜尔胶取代度高、粘度高、溶解性好、水不溶物低。制备反应过程中所涉及到的原料、工艺路线都符合绿色化学的要求，不会产生污染物，经济、环保、适应性强。本发明制备路线短、工艺简单、操作方便、适合于大规模工业化生产。

Description

一种羧甲基瓜尔胶的制备方法
技术领域
本发明涉及改性瓜尔胶的制备方法，具体说是一种羧甲基瓜尔胶的制备方法。
背景技术
瓜尔胶是一种环境友好的天然高分子植物胶，瓜尔胶改性得到的衍生物是除纤维素之外，用量最大的天然高分子，具有很好的水溶性和增稠性；但瓜尔胶又具有水不溶物含量高、溶解速度慢、粘度不易控制、耐热性差、易被生物降解、耐电解质和耐剪切性较弱等缺点，使瓜尔胶的应用受到很大限制。通过化学改性，可以提高其理化性能，解决瓜尔胶的这些缺点；而羧甲基瓜尔胶是瓜尔胶分子的部分羟基被羧甲基取代的阴离子瓜尔胶衍生物，具有粘度高、溶解速度快、透明度和稳定性好等优点，可作为增稠剂、稳定剂、絮凝剂等应用于纺织、印染、石油、造纸、炸药及化妆品等领域。特别是可用于纺织工业中的纺纱胶水，纺织物上浆和印染的高级原料。在原油开采压裂液中也能够得到更好的应用，以代替广泛使用的羟丙基瓜尔胶；因其比羟丙基瓜尔胶价格低，所以可使压裂液的成本大幅降低。
目前国内外文献对羧甲基瓜尔胶制备工艺方面的报导很少，特别是制备高粘度、高取代度羧甲基瓜尔胶的工艺方法几乎没有。有关羧甲基瓜尔胶制备方法的文献主要有两方面，一是以丙酮、甲醇、异丙醇或与乙醇混合溶剂为主的制备方法，这些方法中使用的溶剂价格较贵、毒性较大，使得羧甲基瓜尔胶的生产成本较高，同时对环境造成一定的污染，与当前倡导的发展绿色化学的主题不相适应。另一是半干法化学合成羧甲基瓜尔胶并用作絮凝剂，该方法的缺点是反应不完全，使得其粘度、取代度都不高，瓜尔胶的性能改变也不会太大。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种新的羧甲基瓜尔胶的制备工艺方法，即瓜尔胶的改性研究；其瓜尔胶改性反应过程的反应机理及瓜尔胶、碱化瓜尔胶、羧甲基瓜尔胶的结构式为：
Figure 2013106798788100002DEST_PATH_IMAGE001
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本发明为了解决技术问题所采用的技术方案为：
一种羧甲基瓜尔胶的制备方法，包括碱化反应、醚化反应和后处理三步骤，按下述方法制备而成：
1﹚碱化反应
在室温下，首先将瓜尔胶原粉加入到三口瓶中，按瓜尔胶原粉与质量浓度90%乙醇为1：3.5～4.0的质量比加入90%乙醇，再按瓜尔胶原粉与氢氧化钠的为1：0.15～0.17的质量比加入氢氧化钠，使其在20～25℃下搅拌反应30min，得到碱化反应液； 
2﹚醚化反应 
在上述碱化反应液中按瓜尔胶原粉与氯乙酸的质量比为1：0.18～0.22加入氯乙酸，开始升温至60～70℃，使其在60～70℃搅拌反应55～60min，得到醚化反应液；
3﹚后处理
将上述醚化反应液降温至30℃后，用盐酸调反应液的PH到7．5，然后按瓜尔胶原粉与质量浓度70%乙醇为1：2～2.5的质量比的70%乙醇洗涤两次，最后按瓜尔胶原粉与无水乙醇为1：2～2.5的质量比的无水乙醇洗涤一次，置于烘箱中于75～80℃干燥1小时。
本发明的特点之一是以乙醇为溶剂、氢氧化钠为催化剂，在乙醇溶液中进行瓜尔胶的羧甲基化反应，使得氯乙酸与瓜尔胶反应得到的羧甲基瓜尔胶取代度高、粘度高、溶解性好、水不溶物低。制备反应过程中所涉及到的原料、工艺路线都符合绿色化学的要求，不会产生污染物，经济、环保、适应性强。
本发明的另一特点是制备路线短、工艺简单、操作方便、适合于大规模工业化生产；在制备过程中使用的原料价格较低，溶剂乙醇可循环使用，能有效地降低产品的成本；这些都会促进羧甲基瓜尔胶产品的广泛应用。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步的说明：
实施例1
在250ml三口烧瓶中，加入5g瓜尔胶原粉，再加入17.5g90%乙醇使其完全溶解；然后加入0.75g氢氧化钠，在20～25℃下搅拌30min，进行碱化反应，得到碱化反应液；在碱化反应液中加入0.90g氯乙酸，搅拌下开始升温，将温度升至60℃，使其在60℃下搅拌反应60min ，得到醚化反应液；然后将醚化反应液降温至30℃，用盐酸调PH至7．5。
将得到的反应产物抽滤，抽干后先用10g75%乙醇进行洗涤，重复洗涤两次，然后用10g无水乙醇洗涤一次，最后置于烘箱中于75～80℃干燥1小时，得到成品。
按性能测定方法测得：粘度2850 mPa.s，取代度0.56；实验所用瓜尔胶原粉粘度为2250 mPa.s。
实施例2：
在250ml三口烧瓶中，加入5g瓜尔胶原粉，再加入19g90%乙醇使其完全溶解；然后加入0.80g氢氧化钠，在20～25℃下搅拌30min，进行碱化反应，得到碱化反应液；在碱化反应液中加入0.95g氯乙酸，搅拌下开始升温，将温度升至65℃，使其在65℃下搅拌反应58min ，得到醚化反应液；然后将醚化反应液降温至30℃，用盐酸调PH至7．5。
将得到的反应产物抽滤，抽干后先用11.5g75%乙醇进行洗涤，重复洗涤两次，然后用11.5g无水乙醇洗涤一次，最后置于烘箱中于75～80℃干燥1小时，得到成品。
按性能测定方法测得：粘度3050 mPa.s，取代度0.61；实验所用瓜尔胶原粉粘度为2250 mPa.s。
实施例3：
在250ml三口烧瓶中，加入5g瓜尔胶原粉，再加入20g90%乙醇使其完全溶解；然后加入0.85g氢氧化钠，在20～25℃下搅拌30min，进行碱化反应，得到碱化反应液；在碱化反应液中加入1.10g氯乙酸，搅拌下开始升温，将温度升至70℃，使其在70℃下搅拌反应50min ，得到醚化反应液；然后将醚化反应液降温至30℃，用盐酸调PH至7．5。
将得到的反应产物抽滤，抽干后先用12.5g75%乙醇进行洗涤，重复洗涤两次，然后用12.5g无水乙醇洗涤一次，最后置于烘箱中于75～80℃干燥1小时，得到成品。
按性能测定方法测得：粘度3600 mPa.s，取代度0.68；实验所用瓜尔胶原粉粘度为2250 mPa.s。

Claims (2)

1.一种羧甲基瓜尔胶的制备方法，其特征在于，包括碱化反应、醚化反应和后处理三步骤，按下述方法制备而成：
1﹚碱化反应
在室温下，首先将瓜尔胶原粉加入到三口瓶中，按质量比为1：3.5～4.0加入乙醇，再按1：0.15～0.17的质量比加入氢氧化钠，在20～25℃下搅拌反应30min，得到碱化反应液； 
2﹚醚化反应 
在上述碱化反应液中按瓜尔胶原粉与氯乙酸质量比为1：0.18～0.22加入氯乙酸，开始升温至60～70℃，使反应液在60～70℃搅拌反应55～60min，得到醚化反应液；
3﹚后处理
将上述醚化反应液降温至30℃后，用盐酸调反应液的PH到7．5，然后按瓜尔胶原粉与质量浓度70%乙醇为1：2.0～2.5的质量比的70%乙醇洗涤两次，最后按瓜尔胶原粉与无水乙醇为1：2.0～2.5的质量比的无水乙醇洗涤一次，置于烘箱中于75～80℃干燥1小时。
2.根据权利要求1所述的羧甲基瓜尔胶的制备方法，其特征在于所述碱化反应中乙醇的质量浓度为90% 。
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