專利名稱：一種兩性瓜爾膠的一步法制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種兩性瓜爾膠的一步法制備方法，屬于瓜爾膠改性技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
瓜爾膠(guar gum)，是從廣泛種植于印度、巴基斯坦的瓜爾豆的胚乳中分離、提 取、純化得到的一種植物膠。其主要成分為半乳甘露聚糖，就其分子結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)是一種非離子 多糖，主鏈由(1 4) - β - D-甘露糖為單元連接而成，側(cè)鏈由單個(gè)α - D-半乳糖組成 并以(1 6)鍵與主鏈相接，甘露糖/半乳糖的比例為2 1。瓜爾膠相對(duì)分子質(zhì)量一般在 20萬(wàn) 200萬(wàn)，因其生長(zhǎng)在高溫、干旱缺水環(huán)境，瓜爾膠具有冷水易溶性。尤其是瓜爾膠的 分子構(gòu)型與纖維素非常相似，這種相似性使它對(duì)纖維素有很強(qiáng)的親和性，使它易于吸附到 纖維上而產(chǎn)生助留、助濾和增強(qiáng)效果。瓜爾膠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應(yīng)用。人們常常利用化學(xué)手段改變其理化特性以滿足實(shí)際工 業(yè)生產(chǎn)需要。瓜爾膠的改性研究是基于其不同的應(yīng)用目的展開(kāi)的，改性的瓜爾膠主要用在 食品工業(yè)，化妝品工業(yè)，紡織工業(yè)，油田化學(xué)品，造紙工業(yè)，礦山開(kāi)采等方面，并得到大規(guī)模 的市場(chǎng)認(rèn)同。例如對(duì)瓜爾膠原粉進(jìn)行陰離子化使其具有一定的陰離子電荷，可以用作造紙 助劑，增加紙張的印刷性能、抗壓、耐折、耐磨等性能；對(duì)瓜爾膠原粉進(jìn)行陽(yáng)離子化使其具有 一定的陽(yáng)離子電荷，可以用作造紙助劑、洗發(fā)香波、護(hù)膚用品、織物護(hù)理劑等。作為助留劑能 有效改善助留，顯著提高填料留著率，對(duì)紙張勻度無(wú)太大影響，不影響脫水。隨著對(duì)瓜爾膠 化學(xué)改性的不斷深入研究，兩性瓜爾膠以其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)，近年來(lái)引起了世界各國(guó)的廣泛關(guān) 注，其應(yīng)用范圍十分廣泛，包括食品、炸藥、油田化學(xué)、農(nóng)業(yè)化學(xué)、造紙化學(xué)和個(gè)人護(hù)理品等。 將兩性瓜爾膠用于含機(jī)械漿的紙張中，可以提高紙張的內(nèi)部強(qiáng)度和表面強(qiáng)度；用于制造高 柔軟度的餐巾紙可增強(qiáng)紙張的干強(qiáng)度而不降低其柔軟度；另外由于兩性瓜爾膠具有優(yōu)良的 相容性和親和性及透明度，還可廣泛用于個(gè)人護(hù)理品和日用化妝品中。通常制備兩性瓜爾 膠是通過(guò)先陽(yáng)離子化，后陰離子化或先陰離子化后陽(yáng)離子化來(lái)制備。也有的是陰陽(yáng)離子同 時(shí)引進(jìn)。不過(guò)上述方法形成的兩性瓜爾膠，陰、陽(yáng)離子取代基不在同一位點(diǎn)的兩性瓜爾膠 中，陰、陽(yáng)離子取代基可能位于同一鏈節(jié)，也可能處于不同的鏈節(jié)，是一種復(fù)雜的混合物， 由于瓜爾膠及其衍生物性質(zhì)相差不大，基本無(wú)法分離，這是瓜爾膠合成中無(wú)法避免的一個(gè) 難題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種兩性瓜爾膠的一步法制備方法，以解決上述合成方法存 在的技術(shù)缺陷。本發(fā)明的技術(shù)方案一種兩性瓜爾膠的一步法制備方法，步驟為
(1)制備氨基乙酸鹽酸鹽常溫下在胺類水溶液中加入氯乙酸，以重量計(jì)將20-100份 的胺類水溶液加入四口燒瓶，控制胺類水溶液中胺的質(zhì)量濃度在30%-40%，在攪拌下滴加10-70份的氯乙酸，控制最終溶液中的氯乙酸質(zhì)量濃度為10%-50%，用酸堿調(diào)節(jié)劑控制pH為 7-10，升溫至50-70 0C，反應(yīng)6-9小時(shí)；
(2)制備兩性中間體將步驟(1)制得的產(chǎn)物氨基乙酸鹽酸鹽分散在50-150份的弱極 性或非極性溶劑中，滴加10-30份的低碳類環(huán)氧烷，在50-70°C下反應(yīng)4-6小時(shí)，反應(yīng)完成 后，減壓蒸餾除去弱極性或非極性溶劑，制得兩性中間體；
(3)堿化常溫下將10-50份瓜爾膠原粉加入裝有50-100份弱極性或非極性溶劑的有 攪拌器的鋼制反應(yīng)器中，加入10-50份堿性催化劑，在攪拌下進(jìn)行堿化30-50分鐘；
(4)醚化堿化完成后，升溫到50-70°C，在0.05-0. 33Mpa壓力下緩慢滴加5_25份步驟 (2)制備的兩性中間體，在攪拌下進(jìn)行醚化反應(yīng)5-7小時(shí)；
(5)后處理醚化反應(yīng)完成后冷卻至室溫，邊攪拌邊加醋酸調(diào)pH值為中性，產(chǎn)物進(jìn)行高 速離心分離，在100-130°C干燥箱中干燥，研磨機(jī)中進(jìn)行粉碎，得到成品。所述的胺類水溶液中的胺選自一甲胺，二甲胺，乙二胺，二乙胺中的一種。所述的弱極性或非極性溶劑選自甲醇，乙醇，異丙醇，石油醚或丙酮。所述的低碳類環(huán)氧烷選自環(huán)氧丙烷，環(huán)氧氯丙烷，或環(huán)氧乙烷。所述的堿性催化劑為氫氧化鈉，碳酸鈉，氫氧化鉀，氫氧化鎂，氫氧化鈣，乙醇胺， 二乙醇胺或三乙醇胺。所述的酸堿調(diào)節(jié)劑選自鹽酸，檸檬酸或醋酸。用所述方法制備的兩性瓜爾膠的應(yīng)用，作為助留助濾劑用于造紙上，能得到良好 的助留助濾效果。瓜爾膠原粉采用市售產(chǎn)品。本發(fā)明的有益效果本發(fā)明所制備的兩性瓜爾膠產(chǎn)品具有較強(qiáng)的抗離子干繞作 用，耐鹽作用?？梢宰鳛橹糁鸀V劑用于造紙中，效果明顯，且成紙的勻度較高。用作增強(qiáng) 劑可明顯的提高紙的干強(qiáng)度而不降低紙的柔軟性。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1
將65克質(zhì)量濃度為40%的乙二胺水溶液加入到四口燒瓶中，在攪拌下滴加50克氯乙 酸，控制PH值為8.5，升至50°C，反應(yīng)8 h。反應(yīng)結(jié)束后減壓蒸餾，加入濃鹽酸，析出白色固 體，用丙酮和乙醇的混合溶劑進(jìn)行提純，得白色柱狀晶體，即為氨基乙酸鹽酸鹽(DMGC)。將 制得的氨基乙酸鹽酸鹽和碳酸鈉分散于丙酮中，滴加20克環(huán)氧氯丙烷，升至50°C，反應(yīng)4小 時(shí)。待反應(yīng)結(jié)束后減壓蒸餾除去丙酮，得透明黏稠狀淺黃色液體，即為制得的兩性中間體。 在反應(yīng)釜中加入50克瓜爾膠原粉，加入10克氫氧化鈉和70克乙醇，在攪拌過(guò)程中進(jìn)行堿 化30分鐘，加入20克兩性中間體，控制溫度為60°C，在0. 15Mpa壓力下反應(yīng)5小時(shí)，反應(yīng)完 成后冷到室溫，邊攪拌邊加醋酸調(diào)PH值為中性。產(chǎn)物進(jìn)行高速離心分離，在110°C干燥箱中 干燥，研磨機(jī)中進(jìn)行粉碎，得到成品。實(shí)施例2
將60克質(zhì)量濃度為35%的二乙胺水溶液加入到四口燒瓶中，在攪拌下滴加40克氯乙 酸，控制PH值為8. 0，升至55°C，反應(yīng)7h。反應(yīng)結(jié)束后減壓蒸餾，加入濃鹽酸，析出白色固 體，用丙酮和乙醇的混合溶劑進(jìn)行提純，得白色柱狀晶體，即為氨基乙酸鹽酸鹽(DMGC)。將制得的氨基乙酸鹽酸鹽和碳酸鈉分散于乙醇中，滴加15克環(huán)氧氯丙烷，升至50°C，反應(yīng)5小 時(shí)。待反應(yīng)結(jié)束后減壓蒸餾除去乙醇，得透明黏稠狀淺黃色液體，即為制得的兩性中間體。 在反應(yīng)釜中加入50克瓜爾膠原粉，加入15克氫氧化鈉和90克乙醇，在攪拌過(guò)程中進(jìn)行堿 化40分鐘，加入10克兩性中間體，控制溫度為65°C，在0. 20Mpa壓力下反應(yīng)6小時(shí)，反應(yīng)完 成后冷到室溫，邊攪拌邊加醋酸調(diào)PH值為中性。產(chǎn)物進(jìn)行高速離心分離，在110°C干燥箱中 干燥，研磨機(jī)中進(jìn)行粉碎，得到成品。實(shí)施例3
將80克質(zhì)量濃度為30%的二甲胺水溶液加入到四口燒瓶中，在攪拌下滴加70克氯乙 酸，控制PH值為9. 0，升至70°C，反應(yīng)9h。反應(yīng)結(jié)束后減壓蒸餾，加入濃鹽酸，析出白色固 體，用丙酮和乙醇的混合溶劑進(jìn)行提純，得白色柱狀晶體，即為氨基乙酸鹽酸鹽(DMGC)。將 制得的氨基乙酸鹽酸鹽和碳酸鈉分散于異丙醇中，滴加30克環(huán)氧氯丙烷，升至70°C，反應(yīng)6 小時(shí)。待反應(yīng)結(jié)束后減壓蒸餾除去異丙醇，得透明黏稠狀淺黃色液體，即為制得的兩性中間 體。在反應(yīng)釜中加入50克瓜爾膠原粉，加入50克氫氧化鈉和100克乙醇，在攪拌過(guò)程中進(jìn) 行堿化50分鐘，加入25克兩性中間體，控制溫度為70°C，在0. 30Mpa壓力下反應(yīng)7小時(shí)，反 應(yīng)完成后冷到室溫，邊攪拌邊加醋酸調(diào)PH值為中性。產(chǎn)物進(jìn)行高速離心分離，在110°C干燥 箱中干燥，研磨機(jī)中進(jìn)行粉碎，得到成品。實(shí)施例4兩性瓜爾膠應(yīng)用
兩性瓜爾膠的添加量在0. 02%-0. 1% (相對(duì)于絕干漿)，抗張強(qiáng)度提高10% -20%，撕裂 指數(shù)提高15% -30%，干強(qiáng)度提高15% -20%。助留助濾效果見(jiàn)下表 (留著率提高的越高，濾水度降低的越低，說(shuō)明助留助濾效果越好)
兩性瓜爾膠投加量(％)留著率(％)濾水度(SR)043420. 0278. 2270. 0480. 5270. 0682. 3260. 0886. 1260. 186. 1權(quán)利要求
一種兩性瓜爾膠的一步法制備方法，其特征在于步驟為(1)制備氨基乙酸鹽酸鹽常溫下在胺類水溶液中加入氯乙酸，以重量計(jì)將20 100份的胺類水溶液加入四口燒瓶，控制胺類水溶液中胺的質(zhì)量濃度在30% 40%，在攪拌下滴加10 70份的氯乙酸，控制最終溶液中的氯乙酸質(zhì)量濃度為10% 50%，用酸堿調(diào)節(jié)劑控制pH為7 10，升溫至50 70℃，反應(yīng)6 9小時(shí)；(2)制備兩性中間體將步驟(1)制得的產(chǎn)物氨基乙酸鹽酸鹽分散在50 150份的弱極性或非極性溶劑中，滴加10 30份的低碳類環(huán)氧烷，在50 70℃下反應(yīng)4 6小時(shí)，反應(yīng)完成后，減壓蒸餾除去弱極性或非極性溶劑，制得兩性中間體；(3)堿化常溫下將10 50份瓜爾膠原粉加入裝有50 100份弱極性或非極性溶劑的有攪拌器的鋼制反應(yīng)器中，加入10 50份堿性催化劑，在攪拌下進(jìn)行堿化30 50分鐘；(4)醚化堿化完成后，升溫到50 70℃，在0.05 0.33Mpa壓力下緩慢滴加5 25份步驟(2)制備的兩性中間體，在攪拌下進(jìn)行醚化反應(yīng)5 7小時(shí)；(5)后處理醚化反應(yīng)完成后冷卻至室溫，邊攪拌邊加醋酸調(diào)pH值為中性，產(chǎn)物進(jìn)行高速離心分離，在100 130℃干燥箱中干燥，研磨機(jī)中進(jìn)行粉碎，得到成品。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述的胺類水溶液的胺選自一甲胺，二甲 胺，乙二胺，二乙胺中的一種。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述的弱極性或非極性溶劑選自甲醇，乙 醇，異丙醇，石油醚或丙酮。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述的低碳類環(huán)氧烷選自環(huán)氧丙烷，環(huán)氧 氯丙烷，或環(huán)氧乙烷。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述的堿性催化劑選自氫氧化鈉，碳酸 鈉，氫氧化鉀，氫氧化鎂，氫氧化鈣，乙醇胺，二乙醇胺或三乙醇胺。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述的酸堿調(diào)節(jié)劑選自鹽酸，檸檬酸或醋酸。
7.用權(quán)利要求1所述方法制備的兩性瓜爾膠的應(yīng)用，其特征在于作為助留助濾劑用于 造紙上，能得到良好的助留助濾效果。
全文摘要
一種兩性瓜爾膠的一步法制備方法，屬于瓜爾膠改性技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明公開(kāi)的制備方法如下(1)常溫下在胺類水溶液中加入一定量的氯乙酸，控制pH為7-10反應(yīng)，制備氨基乙酸鹽酸鹽；(2)制備的氨基乙酸鹽酸鹽和低碳類環(huán)氧烷分散在弱極性或非極性溶劑中在50-70℃下反應(yīng)，制得兩性中間體；(3)常溫下將瓜爾膠原粉加入弱極性或非極性的溶劑中，加入堿性催化劑，進(jìn)行堿性催化；(4)0.05-0.33MPa的壓力下，加入兩性中間體，進(jìn)行醚化反應(yīng)，從反應(yīng)的產(chǎn)物中收集兩性瓜爾膠產(chǎn)品。本發(fā)明所制備的產(chǎn)品具有較強(qiáng)的抗離子干擾作用，耐鹽作用；可以作為助留助濾劑用于造紙中，效果明顯，且成紙的勻度較高；用作增強(qiáng)劑可明顯的提高紙的干強(qiáng)度而不降低紙的柔軟性。
文檔編號(hào)D21H21/18GK101974098SQ201010535
公開(kāi)日2011年2月16日 申請(qǐng)日期2010年11月9日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月9日
發(fā)明者劉海水, 張 榮, 戴呂, 曹軍勝, 許超, 龍柱 申請(qǐng)人:無(wú)錫金鑫集團(tuán)有限公司;江南大學(xué)