瓜尔胶是一种从种植于印度、巴基斯坦等地的瓜 尔豆中提取的天然半乳甘露聚糖类植物胶M。因为 瓜尔胶分子中含有的大量处于分子外侧的活性羟基， 所以瓜尔胶与纤维结合时具有很大的氢键结合面积, 形成的氢键结合距离短，结合力大，很容易与纤维结 合产生施胶效果M。烷基烯酮二聚体改性瓜尔胶的制备及应用,天然瓜尔胶作为表面施胶剂使 用时，能够改善纸张均匀度，减少纸张的掉毛掉粉现 象，提高印刷质量89。

烷基烯酮二聚体（AKD)是目前使用最多的反 应型中性施胶剂，通常是借助阳离子淀粉等助留系统 吸附在纤维表面，在烘干过程中与纤维表面的羟基发 生酯化反应而完成施胶H。AKD分子中既含有十六 个碳长链的疏水基，又含有反应性内酯基，内酯基与

纤维反应后引入疏水长链可使纸张表面具有疏水

性能awii。

瓜尔胶用于表面施胶时虽然很容易与纤维以氢键 方式结合，但由于其亲水性较好，施胶后对于纸张的 抗水性并没有很大提高。AKD用于表面施胶时，所需的熟化时间长，与纤维反应的同时也能与水发生副 反应，容易生成无施胶度的二烷基酮E243 (见图1)。 针对AKD施胶过程中需要乳化，乳液在存放期会持 续缓慢地发生水解，并且温度越高水解速度越快的问 题M ,本实验采用含十六个碳烷基长链的AKD对瓜 尔胶进行改性。AKD中的内酯基与瓜尔胶中的活性 羟基反应，羟基将瓜尔胶与AKD连接起来，形成大 分子的酯化物，其反应酯化物再与纤维结合使其具有 施胶效果。这样即避免了 AKD的内酯基与水的副反 应，又提高了 AKD的利用效率，而且AKD改性瓜尔 胶为固体，保存方便，可以现用现配。同时在瓜尔胶 分子上引入了强疏水性的长链烷基，使改性瓜尔胶用 于表面施胶时具有很好的抗水性能。 1实验 1.1 AKD改性瓜尔胶的制备机理

图2所示为瓜尔胶与AKD在无水乙醇溶液中发 生反应生成大分子酯化物的反应式。

GUAR—OH + CI6H,,CH= C—C—C16HH o—c=o

Ci»H„

C16H33CH2_C_C_C _0_GUAR

II H ||

O 〇

图2 AKD改性瓜尔胶反应式 1.2试剂和仪器

试剂：瓜尔胶原粉（工业级，山东广饶六合化 工有限公司），AKD (工业级，山东兖州市天诚化工 有限公司），无水乙醇（分析纯，天津市河东区红岩 试剂厂），过硫酸铵（分析纯，天津市登峰化学试剂 厂），硫酸铝（分析纯，天津市登峰化学试剂厂）。

仪器：VECTOR-22型傅里叶红外光谱仪（德国 布鲁克公司），接触角测试仪（上海中晨数字技术设 备有限公司），KYKY1000B扫描电镜（中科院仪器 厂），SDF400实验分散磨砂机（上海实验仪器厂有

限公司），101A4B型电热鼓风干燥箱（郑州长城科 工贸有限公司），SHF-ID型循环水式多用真空泵。

1.3 AKD改性瓜尔胶的制备

在三口烧瓶中加入无水乙醇与AKD,使AKD在 70°C水浴温度下均匀搅拌溶解。烷基烯酮二聚体改性瓜尔胶的制备及应用,待AKD全部溶解于 无水乙醇后向三口烧瓶中加入瓜尔胶原粉，冷凝回 流，反应4 h后趁热抽滤。再用热的无水乙醇对AKD 与瓜尔胶的反应产物进行多次的洗涤与抽滤，以除去 副反应产物与未反应的AKD。抽滤后的改性瓜尔胶 放置一段时间使其自然风干。

1.4表面施胶方法

将AKD改性后的瓜尔胶粉体加入到60C的水中 配制成1%的溶液，在高速剪切的条件下将其搅拌均 匀，并向其中加入少量的过硫酸铵。把一块干净的玻 璃板水平放置，其上放原纸，用表面施胶计量棒向原 纸涂一定量的施胶液，最后将涂有施胶液的纸放置在 1块白布上放入105C的供箱中干燥10 min,待纸供 干后测其施胶度。

1.5纸张性能测试

纸张施胶度的测定采用硫氰酸铵溶液和三氯化铁 试剂滴定渗透法，参照国家标准GB/T5405—2002 进行。

2结果与讨论 2.1 AKD改性瓜尔胶制备工艺条件的讨论 2.1.1瓜尔胶与AKD比例对施胶度的影响

图3为瓜尔胶与AKD比例对改性瓜尔胶施胶效 果的影响，其他制备反应条件为：反应温度70C, 瓜尔胶用量20 g,反应时间4 h,溶剂量50 mL。由 图3可以看出，随着瓜尔胶与AKD单体质量比的提 高，改性瓜尔胶的施胶度先增加后减少，当瓜尔胶与 AKD的质量比为2:1时施胶度达到最大值。瓜尔胶 与AKD的质量比增加，分子中的疏水基含量减少，

 

图3瓜尔胶与AKD质量比对施胶度的影响

50 mL条件下制备改性瓜尔胶，将不同浓度的反应产物与0. 3%硫酸铝助留剂配合使用进行表面施胶的施 施胶后的疏水效果不理想。瓜尔胶与AKD的质量比 减小，分子中疏水基较多，但是改性瓜尔胶的亲水性 不够，配制水溶液时较难溶解，瓜尔胶含量变少使其 不易吸附在纸张表面，造成施胶度降低。在其他条件 不变的情况下，当瓜尔胶与AKD质量比达到2:1时, 施胶效果最好。

2.1. 2反应时间对施胶度的影响

图4为瓜尔胶与AKD的反应时间对改性瓜尔胶 施胶效果的影响，其他制备反应条件为：瓜尔胶与 AKD的质量比为2:1，反应温度70°C，瓜尔胶用量 20 g，溶剂用量50 mL。由图4可以得出，随着反应 时间的延长，施胶度也随着增大，但当其反应时间超 过4 h后，反应时间的延长对施胶度的影响很小，基 本保持不变。反应时间在4 h内随着AKD与瓜尔胶 反应的进行，改性瓜尔胶上疏水基增多，使其施胶度 增大，当反应时间超过4h后，延长反应时间对施胶 度影响很小。所以本实验的反应时间以4 h为宜。

 

2.1.3反应温度对施胶度的影响

图5为瓜尔胶与AKD的反应温度对改性瓜尔胶 施胶效果的影响，烷基烯酮二聚体改性瓜尔胶的制备及应用,其他制备反应条件为：瓜尔胶与 AKD的质量比为2:1，反应时间4 h，瓜尔胶用量为 20 g，溶剂用量50 mL。由图5可以看出，随着瓜尔 胶与AKD反应温度的升高，施胶度不断增加。当反 应温度超过70C后，施胶度基本不变。这是因为反 应温度越高，瓜尔胶与AKD的反应程度越高。当反 应温度低于50C时，AKD无法溶解于乙醇，同时考 虑乙醇的沸点限制，反应温度也不宜过高。因此反应 温度为70C较好。

2.1.4改性瓜尔胶用量对施胶度的影响

在瓜尔胶与AKD的质量比为2:1，反应温度 70C，反应时间4 h，瓜尔胶用量20 g，溶剂用量 胶效果如图6所示。由图6可以得出，随着AKD改 性瓜尔胶用量的增加，施胶度逐渐增大，当其用量为 0.6%时，施胶度达52 s，其用量超过0.6%以后，施 胶度基本保持不变。当AKD改性瓜尔胶的用量小于 0. 6%时，改性瓜尔胶中疏水基含量随着配制溶液浓 度的提高而提高；但当改性瓜尔胶的用量达到0.6% 之后，瓜尔胶的黏度过高以及AKD的疏水基过多导 致改性瓜尔胶在水中溶解性不好，溶液中有少许不溶 物，对施胶效果造成影响。由此可确定AKD改性瓜 尔胶用量在0. 6%时较为合适。

2.2结构及性能表征 2. 2.1 FT4R 分析

图7是瓜尔胶原粉、AKD、AKD改性瓜尔胶的 红外光谱对比图，由图7可以看出，瓜尔胶原粉在 3317cm_1处为一OH伸缩振动峰；2927 cm_1处为一 CH伸缩振动峰。AKD在1847、1699唧_1处为匸= 0、C=C结构的红外特征吸收峰，其中1847 cm-1处 为四元内酯环的特征峰E5]。改性后的瓜尔胶除了保 留了瓜尔胶原粉的特征吸收峰外，还出现了几个新的 特征峰：在2916、2848 cm-1处出现了强而尖的峰， 这是AKD与瓜尔胶原粉反应后，AKD的长链烷基上 

 

(b> AKD改性瓜尔胶表面施胶后纸样

图8接触角图

一CH2的伸缩振动吸收峰，并且在指纹区有所体现。 AKD在1699唧-1处有很强的吸收峰，这是匸=0 伸缩振动吸收峰，而改性后的瓜尔胶在1720 cm — 1 处有吸收峰，峰的强度变弱并且有所偏移，显示出 AKD分子与瓜尔胶原粉发生了反应，由此证实了 AKD在改性瓜尔胶原粉的反应过程中成功地将AKD 的疏水长链引入到了瓜尔胶原粉的分子中。

 

2.2.2接触角分析

图8表明，原纸对水的亲和性很好，接触角非常 小，仅为39°，烷基烯酮二聚体改性瓜尔胶的制备及应用,属于亲水性表面；AKD改性瓜尔胶表 面施胶后的纸张对水的接触角为98°，纸样表面对水 的亲和性降低了很多。由接触角表征，很直观地说明

■ 261994-2011 China A(

以改性瓜尔胶作为施胶剂的纸张表面疏水性能得到了 很大提高。

2. 2. 3 SEM 分析

取原纸及用AKD改性瓜尔胶施胶处理的纸样在 扫描电镜SEM下拍照，结果如图9所示。由图9可 以看出，通过对比可以看出，原纸的纤维之间编织较 疏松，匀度较差；改性瓜尔胶施胶的纸样与原纸相 比，纤维之间编织得较致密，黏连性很强。同时看到 施胶纸样纤维被改性瓜尔胶完全覆盖。改性瓜尔胶上 有较多的疏水基团，施胶后疏水基团伸向纤维之外, 使施胶后的纸样在宏观上表现为抗水性，体现了改性 后的瓜尔胶具有很好的表面施胶效果。

 

X500

(b> AKD改性瓜尔胶施胶纸样

图9 SEM图

3结论

当瓜尔胶原粉与AKD质量比为2:1，反应温度为 70°C，烷基烯酮二聚体改性瓜尔胶的制备及应用,反应时间为4 h时制备的改性瓜尔胶在用量为 0. 6%时进行表面施胶，能够使纸张得到良好的表面 施胶性能。施胶度可以达到52 s。AKD改性瓜尔胶 充分地利用了瓜尔胶对纸张纤维的亲和性，有效提高 了瓜尔胶的疏水性能，避免了 AKD单独作为施胶剂 时熟化时间长、容易与水发生副反应、使用不便的问 题。同时AKD改性瓜尔胶为固体，保存方便，可以 

现用现配。但是改性瓜尔胶作为纸张表面施胶剂时， 相比_般的氧化淀粉和表面施胶剂用量偏高，减小改 性瓜尔胶的用量，降低成本，可以使其具有更广阔的 应用前景。