阳离子羟乙基瓜尔胶的合成及其造纸湿部应用：
阳离子羟乙基瓜尔胶的合成及其造纸湿部应用，对一步泥浆法合成新型助留助滤剂——阳离子羟乙基瓜尔胶（CEG),及将其用于废新闻纸浆的抄造过程 进行了探讨。悬浮于醇冰体系中的瓜尔胶，先与阳离子单体发生醚化反应,然后与氯乙醇在微过量碱催化剂存 在下进行羟乙基化反应，阳离子中间产物不必分离。重点研宄了阳离子醚化产物的黏度及氮质量分数的影响因 素，确定了阳离子化反应优化条件为：m(阳离子单体）:m.(瓜尔胶）=0■ 4 1, m. (NaOH) :m.(瓜尔胶）=0. 25: 1反 应温度60 °C,反应时间2 5h。经红外光谱分析，证实了接枝产物中季铵阳离子基团的存在。由于CEG分子结 构同时含有季铵阳离子和非离子的活性羟基，CEG常温水合作用进一步强化，w (CEG)= %的水溶液的透光率 增加到80%。当以w(CEG) = 0i 2% (以绝干浆计）的用量添加到废新闻纸浆中，细小组分的单程留着率提高了 40%,打浆度减少了 37%。
瓜尔胶（guar gu%简称GG),是从广泛种植于 印度、巴基斯坦的瓜尔豆的胚乳中提取、纯化、分离 得到的一种植物胶。它的主要成分为半乳甘露聚糖，从其分子结构来看，是一种非离子多糖，主链由 (1— 4) -13-D-甘露糖为单元连接而成，侧链由单个a- D半乳糖组成并以（1〜6)键与主链相接，每两个甘
瓜尔胶原粉为某外资公司提供，阳离子醚化剂 (ETA)为山东某公司提供的工业品，乙醇为工业品，次要因素为:m (醇)：m CH2〇)。适宜的醇水质
露糖就出现一个半乳糖。瓜尔胶相对分子质量一般 在20万~ 200万，因其生长于高温、干旱缺水环境， 和淀粉使用前需要糊化相比，瓜尔胶具有冷水易溶 性。瓜尔胶的分子构型与纤维素非常相似，这种相 似性使它和纤维素有很强的亲和性，易于吸附到纤 维上而产生助留、助滤和増强效果[1~4]。因此，作为 一种颇具市场潜力的高档助留助滤剂，瓜尔胶系列 产品的开发逐渐引起造纸工作者的注意，尤其是在 添加普通阳离子淀粉效果较差的废纸浆中，改性瓜 尔胶产品具有投加量少，可避免细小纤维过度絮凝， 提高纸页匀度、强度，以及提高滤水的优点。
但是瓜尔胶原粉含有蛋白质和粗纤维，水不溶 物含量较高。w (GG) = 1%原粉水溶液在625 nm 处的透光率低于30%，室温下易生物降解发霉。用 于造纸过程虽然能提高纸品强度，阳离子羟乙基瓜尔胶的合成及其造纸湿部应用，改善细小组分的 留着，但恶化滤水，容易糊网。因此，必须对瓜尔胶 进行化学改性以降低其水不溶物含量，増加其透光 率，改善溶水速度，増加黏度的稳定性，改善其助留、 助滤性能。
国内科技人员对瓜尔胶的改性研究主要集中在 瓜尔胶的羟丙基醚化[5]，及其醚化产物用作油田压 裂液、食品増稠剂。天津科技大学科技人员研究了 阳离子瓜尔胶在硫酸盐木浆和卷烟纸中的应 用[6 7];他们最近用半干法合成了阳离子瓜尔胶，且 对废纸脱墨浆有较好的助留效果。但由于阳离子醚 化反应降低了瓜尔胶的相对分子质量，阳离子化产 品分子链变短，不能更好地发挥大分子的吸附架桥 作用，限制了其性能的发挥。Manjit Siigh Chowd- hary等人[8]制备了阳离子羟烷基瓜尔胶并将其用作 皮肤、头发调理剂，但该产品的合成分两步进行:瓜 尔胶先与环氧丙烷、环氧乙烷等在碱性条件醚化生 成羟烷基瓜尔胶，然后与阳离子单体反应，引入正电 荷基团，工艺复杂，生产周期长。
作者提出了一步法合成羟乙基阳离子瓜尔胶工 艺。其优势在于瓜尔胶先阳离子化，在瓜尔胶分子 中接上阳性基团后，再进行羟乙基化反应，増加了侧 链数目及长度，弥补了反应过程中产物黏度的损失。 因此，带阳电荷的CEG分子可以与带负电的纤维、 填料粒子发生作用，提高细小组分的助留助滤和増 强效果;接枝的活性羟基赋予了 CEG最大的氢键结 合面积，与纤维结合时，形成的氢键结合距离短，结 合力大，促进了桥架作用，进而増加了成型纸页的匀 度和强度，减少细小物料的流失，降低了白水浓度。
1实验
1 1药品
NaOH、盐酸、氯乙醇均为CP。
1 2阳离子羟乙基瓜尔胶的制备
阳离子化:称取50 g瓜尔胶原粉于三口瓶中， 加入定量乙醇润湿，再加入一定量氢氧化钠水溶液， 碱化30min后，向反应瓶中滴加w (ETA) = 70%的 阳离子单体水溶液，然后升至一定温度反应2~ 51。
羟乙基化:在上述反应物料中补加一定量的阳 离子表面活性剂，将物料转移到高压反应釜，抽真空 2次，充氮气2次，然后靠负压吸入计量好的氯乙 醇，低温醚化45 min^吸入稍过量的w (NaOH)= 50%的水溶液。让反应热自发地将温度升至一定 值，并维持这一■温度反应2~ 3 h>
中和反应：降温出料，用盐酸调节pH，真空抽滤 物料，滤饼用m (乙醇）:m (水）=1:1的混合溶液洗 涤两次，抽滤得到干燥的滤饼，然后经真空干燥，粉 碎，得到要求粒度的产品。
13改性瓜尔胶性能的表征
用溴化钾压片法制样，在N icoleAt 360型红外 光谱仪上测试。
氮质量分数W(N))的测定：用经典的凯氏氮 法测定原粉及改性后产品中氮的质量分数，并用公 式计算其阳离子取代度。
黏度的测定:采用SY /T 5764— 1995标准，将样 品配制成w (CEG) = 1%的水溶液，静置6 h后用 DNJ- 1型旋转式黏度计测定黏度。
透光率的测定：将样品用去离子水配制成w (CEG) =0.5%的水溶液。用2100P型浊度计测定 625 nm处的透光率。
助留助滤实验：米用E lectio - CraftMoto-
maticll动态滤水仪（DD J)来测量细小组分的首程留 着率（Firstpass reten tiin)。阳离子羟乙基瓜尔胶的合成及其造纸湿部应用，瓜尔胶的吸附速率很 快，5 min后基本达到吸附平衡。CEG与浆料的混 合时间为5m n然后把浆料倒入DDJ其转速为 750 r/mi，收集 100mL滤液，用 HACH 2100P浊度 仪测定100mL滤液的浊度，然后通过浓度与浊度的 标准曲线计算出滤液中的固形物含量。首程留着率 是指浆料通过造纸网留在纸页上的固形物与浆料中 总固形物的百分比。计算式为:首程留着率（FPR) =(1-滤液质量浓度试样质量浓度）x 100%。用 长春小型实验机厂生产的ZJG- 100打浆度测定仪 测定浆料的滤水性能。
2结果与讨论
21瓜尔胶的阳离子化反应
正交实验结果显示，影响产品氮质量分数大小 的主要因素为:反应温度>m(ETA):m(GG)>反应 时间 > m (N aOH ) :m (GG)。
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量比可以保证醚化物料处于泥浆状态，GG有效膨 胀。比值过大，瓜尔胶颗粒收缩，与碱液接触面积减 少，降低了其活性羟基的数量，接枝反应不易进行； 由于醇用量増加，也増加了成本和溶剂回收难度。 比值过小，瓜尔胶糊化严重，増加了搅拌阻力，一般 的搅拌装置不能保证物料与反应试剂混合均匀，使 醚化效率降低，影响后续反应的进行。多次实验表 明：m (醇）m(GG) = 1. 5:1，m (醇）：m(H2O) = (1. 5 ~ 1. 8): 1 为宜。
2 1 1反应温度对产品氮质量分数及黏度的影响
图1表明，随反应温度升高，瓜尔胶的接枝效率 提高，产品氮质量分数逐渐増加。温度高于60°C 后，醚化效率有很大提高，但此时瓜尔胶在碱性、高 温条件下降解严重，黏度下降。综合考虑，反应温度 确定为60°C。
瓜尔胶原粉未经纯化，反应时间2. 5 h，m ( ETA ) :m ( GG) = 0. 4: 1, m (NEOH) ：m (GG) = 0. 25 1
图1反应温度对CEG产品氮质量分数和黏度的影响 Fig 1 Effect of reaction temperature on t^ie nitrogen ct^ntent and vfeosity of CEG
2 12反应时间对产品氮质量分数及黏度的影响 图2表明，随反应时间延长，产品氮质量分数増 加，但黏度缓慢下降。反应超过2. 5 h后，继续延长 反应时间产品黏度过低。应用实验结果证明，w (N) =1%的改性瓜尔胶的助留助滤效果己经非常出色； w(N)= 1.2%时其助留助滤性能并没有更大的改 善。所以，较佳的反应时间为2.5 h〇 2 13 m(ETA):m(GG)对产品氮质量分数w(N) 及黏度的影响
相同反应条件下，醚化剂用量増加，其与瓜尔胶 活性羟基的接触机会増加，有利于接枝反应。但醚 化剂中的杂质能降低瓜尔胶的黏度，使瓜尔胶部分 官能团交联，影响产品的水溶性和透光率。图3表 明，两者用量比为m(ETA)m(GG) = 0.4 1较佳。
2 2阳离子瓜尔胶的羟乙基化反应
阳离子瓜尔胶直接进行乙氧基化反应，合成了 低取代度的羟乙基阳离子瓜尔胶，中间产品不需分
离，反雜期缩短，可有效利用加成放热使臟持
在所需温度。从洗涤后产品的收率看，反应物料损 失少。阳离子羟乙基瓜尔胶的合成及其造纸湿部应用，和羟乙基瓜尔胶（CGG)相比，CEG产品溶水 速度加快，其水溶液在625 nm处的透光率进一步提
(N£〇H):m(GG) = 0.25:1
图2反应时间对CEG产品氮质量分数和黏度的影响 Fg 2 Effect of reactiai time on the nitrogen content and viscosity of CEG
(GG) = 0. 25 1
图3 m. (ETA):m(GG)对CEG产品氮质量分数和黏度的影响 Fg 3 Effect of ETA/GG weght rati.) on he njgrogen content and viscosity ofCEG
2 3 GG CGG与CEG的红外光谱图
图4是GG、CGG与产品CEG的红外谱图。从 红外谱图可知：改性后瓜尔胶与瓜尔胶原粉的主峰 位置是一致的，3 400 on-1附近归因于0—H伸缩 振动，2 926 cm 1附近归因于C一H伸缩振动。在羟 乙基阳离子瓜尔胶的谱图上，出现1 410 cm-1的 C一N伸缩振动，这是因为瓜尔胶分子上接枝了三 甲基季铵基团，符合预期的分子结构设计。
2 4 CEG对废新闻纸浆的助留助滤作用
优化条件下合成的CEG产品为淡黄色粉末，w (N) = 1.03%。阳离子羟乙基瓜尔胶的合成及其造纸湿部应用，用冷水配制成w (CEG) = 1%的水溶 液，研究其对废新闻纸浆悬浮体系的助留助滤性能。
以某知名公司的阳离子淀粉CS阳离子CPAM 为对照品，对助留助滤性能进行比较。
1 一瓜尔胶原粉（GG); 2-羟乙基瓜尔胶（CGG); 3-阳离子羟乙基瓜尔胶（CEG) 图4 00、CGG及CEG的红外光谱图 Fg 4 Iiifiared spectia. of theGG, CGG and CEG
计)时，使细小组分的单程留着率提高了 40%，滤水 度减少了 37%。CEG的成功合成既具有一定的理论 研究意义，又有实际应用前景，在瓜尔胶的种植、纯 化、粉碎己经实现产业化的今天，本改性瓜尔胶的研 制对推进废纸浆的回用有积极意义。
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