爾膠（guar gum)是一種天然植物膠，由于其價 | I V格低廉、使用效果好，成為目前國際上廣泛應(yīng)用的 7化學(xué)品之一X。瓜爾膠原粉具有溶解速度慢、黏

度不易控制、水不溶物含tt高、易被微生物分解等缺點，新型兩性瓜爾膠的制備及其在卷煙紙中的應(yīng)用研究，所以一般經(jīng)過改性后使用。改性后的瓜爾膠根據(jù)取代基種類的 不同可分為：非離子瓜爾膠，陽離子瓜爾膠，陰離子瓜爾膠， 陰陽兩性瓜爾膠，羥烷基陰離子瓜爾膠，羥烷基陽離子瓜爾 膠['瓜爾膠系列改性物分子結(jié)構(gòu)與纖維素分子結(jié)構(gòu)非常相 似，極易吸附在植物纖維上，并可為纖維之間形成氫鍵提供 大ft的羥基，促進纖維之間的結(jié)合.

瓜爾膠及其衍生物抄成的紙無任何泰副作用且燃燒沒有 異味，因而成為生產(chǎn)卷煙紙的主要助劑|61。陽離子瓜爾膠可以 用作造紙濕部助留助濾劑，在提高助留助濾效果時不會產(chǎn)生過 度絮凝，有利于改善紙頁勻度，因而在卷煙紙生產(chǎn)中，普遍用陽離p瓜爾膠和非離子瓜爾膠復(fù)配的方式來改善卷煙紙的性 能但是由r•全球?qū)木潮Ｗo的逐步重視，紙機系統(tǒng)也逐 步向全封閉式轉(zhuǎn)換。在卷煙紙的抄造過程中，未留著在紙中的 RI離子瓜爾膠等助劑會殘留在白水中投人下次使用，隨著A水 循環(huán)次數(shù)的增加.殘留的陽離子瓜爾膠會影響白水中的電荷平 衡，這會對卷煙紙性能造成不利影響1且濕部電荷變化也會降 低陽離+瓜爾膠的使用效果。兩性瓜爾膠由干其同時具備陽離 子基團和陰離子基團，它的應(yīng)用效果要明顯好干普通的陽離+ 瓜爾膠，且由于電荷近中性不僅彺白水循環(huán)中對濕部電荷 影響小，其使用效果也不會受到影響。因而對于現(xiàn)在封閉式的 造紙系統(tǒng)，兩性瓜爾膠會比陽離子瓜爾膠有更好的應(yīng)用效果。

新型兩性瓜爾膠合成方案為：首先合成兩性醚化劑，再用 _制兩性醚化劑對瓜爾膠進行改性制得陽離+基團與陰離了- 基團在同一支鏈上的新型兩性瓜爾膠。對制備過程中相關(guān)產(chǎn) 物進行結(jié)構(gòu)表征，然后自制兩性瓜爾膠按常規(guī)卷煙紙生產(chǎn)1： 藝進行應(yīng)用實驗，通過白水循環(huán)實驗考察其應(yīng)用效果.冏時 與W/非離子瓜爾膠復(fù)配的應(yīng)用效果進行對比岍究4

1實驗

U原料和儀器

瓜爾膠，PII離子瓜爾膠、非離了•瓜爾膠（均取白無錫金S 科技有限公司），闊葉木漂ft化學(xué)漿 <打漿度43-SR)，計葉木 漂白化學(xué)漿（打漿度8rSR>,沉淀碳酸鈣 <平均粒徑4nm> , 乙醇、氫氧化鈉.氯乙酸、醋酸（均為分析純忒劑>。

紙樣抄取器（ZQJI-B-I1，陜西科技大學(xué)機械制造廠）， NDJ—79型旋轉(zhuǎn)黏度i•十（_h海昌吉地儀器有限公司生產(chǎn)）， d/o色度白度計（溫州儀器儀表有限公司），紙與紙板透氣度 測定儀U-TQY10,四川長江造紙儀器有限公司），電腦測控 抗張試驗機（DC-KZ300C,四川長江造紙儀器有限公司）, 新型兩性瓜爾膠的制備及其在卷煙紙中的應(yīng)用研究，Zeta電位儀（SZP06, Mtitek GmbH公司）D 1.2兩性瓜爾膠粉的制備

在三口瓶中加入一定量胺類物質(zhì)和氣乙酸，攪拌，同時 升溫至指定溫度進行一段時間反應(yīng)。減壓蒸餾.得到黃色黏 稠液體。冷卻，加酸，析出白色晶體，即N，N-二甲基氨基乙酸 鹽酸鹽（DMGC)。將DMGC和有機高分子反應(yīng)5~8k減壓 蒸餾，得到透明淺黃色液體，即兩性中間體2,3-環(huán)氧丙基二 甲氨基乙酸鹽（ECDHh

在氣氣保護的條件下，在裝有機械攪拌器.溫度計和氣氣 管的三口燒瓶中，將一定量的瓜爾膠原粉分散于乙酵水溶液 中，加人_定螢質(zhì)ft濃度為15°/。的氫氧化鈉，升溫到50~60C, 進行堿化一定時間，再加人-定tt的兩性中間體，反應(yīng)一定時

間，冷卻到室溫.用體枳濃度為25%的醋酸水溶液屮和，使pH 值為7左右，用體積濃度為70%的乙醇水溶液洗滌，過濾多次， 十燥，份砟.制得兩性瓜爾膠，為淡黃色份來畫體。

1.3 DMGC的純度測試

用差示掃描量熱儀，在丨C/min的升溫速度F,繪制溫 度-熱流曲線。由于在持續(xù)的升溫過程中，物質(zhì)在達到其熔點 時，會出現(xiàn)繼續(xù)吸熱但物質(zhì)溫度不變的情況，當(dāng)融化結(jié)束時， 溫度會繼續(xù)上升，此時曲線會出現(xiàn)一個明顯的峰®1此峰值 對應(yīng)的溫度即為被測樣品的熔點。將實驗生成的DMGC晶體 的熔點，與純DMGC熔點相比較，4以判斷物質(zhì)的合成情況。 1.4兩性瓜爾膠的紅外圖譜表征

采用KBr壓片法測定瓜爾膠原粉和兩性瓜爾膠樣品的紅 外光譜.從而進行對比，波長范圍為400-4000cm人 1.S兩性瓜爾膠pH、黏度測定

將S制的兩性瓜爾膠配成濃度為1%的溶液，在放S2h 后，測其pHfl與黏度。pH值用pH試紙測量，黏度按照SY/ T5764-I995fe準(zhǔn).用DNJ-79型旋轉(zhuǎn)黏度計測定其25X：時水 溶液的黏度。

1.6兩性瓜爾膠取代度的測定

本實驗采用凱式定氮法測定兩性瓜爾膠中的含Ma1' 然后計算出兩性瓜爾膠的取代度。氮（N%)含址計算公式： A/%=[(7W?)XCX14]/G

式中：r一滴定所消耗鹽酸的體枳，ml, i?—空白值， ml, c—標(biāo)準(zhǔn)鹽酸濃度.mol/L, C—試樣絕干質(zhì)量，g。

瓜爾膠基本單X結(jié)構(gòu)被取代基團的平均數(shù)S (DS>訃算 公式：/^=(486><?°/。)/(丨4-16(^況％)

式中：486—瓜爾膠基本機構(gòu)單元的平均分子質(zhì)量；14— 氨的相對原子質(zhì)t; 160—兩性醚化劑的相對分子質(zhì)ft。

1.7抄紙過程

按比例稱取闊葉木漂白化學(xué)漿和針葉木漂白化學(xué)漿，用纖 維解離器解離30000轉(zhuǎn)，加入非離子瓜爾膠（或不加〉，攪拌，加 人碳酸鈣填料和瓜爾膠助劑，攪袢^在紙樣抄取器上抄片，新型兩性瓜爾膠的制備及其在卷煙紙中的應(yīng)用研究，定量 為27g/m2左右。在恒溫恒濕室放置24h,測定紙張性能^

1.8紙張性能測試

紙張的抗張指數(shù)檢測參見GB/T453-1989,紙張透氣度 檢測參見 GB/T458-2008。

1.9 Zeta 電位

表1自制兩性瓜爾膠主要指標(biāo)

34彳字蜒*第犯卷第蝴20〗2年3月

兩性瓜氺膠5.84700.48

用Zeta電位儀（SZP06, Miitek GmbH公司）測定。

1.10白水循環(huán)實驗

白水循環(huán)實驗中，將每次抄紙后濾出的白水收集，取出 一小部分用于分析檢測，測白水的濃度與Zeta電位。再取2L 加入所需紙漿，離解，加入碳酸鈣與瓜爾膠，加入剩余白水再 次抄紙。重復(fù)實驗多次。再將多次白水循環(huán)實驗所抄造的紙 張進行檢測，測其強度與透氣度。

2結(jié)果與討論

2.1 N.N-二甲基氨基乙酸鹽酸鹽（DMGC)的純度分析

在兩性瓜爾膠合成過程中，首先需要合成出兩性中間體 2,3-環(huán)氧丙基二甲氨基乙酸鹽戊0011),而1^，1^_二甲基氨 基乙酸鹽酸鹽（DMGC)的合成效果是制得良好兩性中間體 的關(guān)鍵。根據(jù)文獻可以采用差熱分析(DSC)法對N，N-二 甲基氨基乙酸鹽酸鹽（DMGC)等小分子有機化學(xué)品進行定 性和純度測定。本實驗室自制產(chǎn)物的DSC譜圖見圖1。

由溫度-熱流曲線可以看出晶體的熔點為191C,這在 文獻中的N,N_二甲基氨基乙酸鹽酸鹽的熔點（188~191t：) 范圍中，可以初步斷定產(chǎn)物為N,N-二甲基氨基乙酸鹽酸鹽

(DMGC)的純物質(zhì)。

2.2兩性瓜爾膠的紅外分析

瓜爾膠的紅外圖譜如圖2所示，431CHT1為瓜爾膠上的一 〇田申縮振動，2924(；1^1為糖單元中一(：112的(：一1^申縮振 動，1654CHT1為半乳糖/甘露糖的環(huán)振動。兩性瓜爾膠的紅外 圖譜如圖中紅線所示，相比較起來，MZOcrrT1處有明顯的波 峰，是與氮相連的-CH^C-H對稱變性振動。由此可見，兩 性中間體已經(jīng)被接上瓜爾膠。

2.3漿料配比對卷煙紙質(zhì)量的影響

首先對闊葉木與針葉木的漿料配比進行了探討，闊葉木 漿打漿度43°SR,針葉木漿打漿度81°SR,以使卷煙紙既能具 有較髙的強度，也能有較好的透氣度。

加入的是陽/非離子瓜爾膠復(fù)配，還是改性后的兩性瓜爾膠， 紙張的強度都是升高的，透氣度都是降低的，這可能是因為隨 著白水的循環(huán)，抄紙時的瓜爾膠和細(xì)小纖維的量會增加，新型兩性瓜爾膠的制備及其在卷煙紙中的應(yīng)用研究，提高 了細(xì)小纖維的留著。紙張中細(xì)小纖維含量增加，會通過改善比 結(jié)合強度、增加纖維交叉部分的鍵合面積、提高纖維之間的結(jié) 合數(shù)量這三種方式，提高了紙張的強度。細(xì)小纖維的增加會 填補紙張中的空隙部分，從而降低了紙張的透氣度[l5’W。

由圖9、圖10中也可以看出，添加兩性瓜爾膠抄造的紙 張受白水循環(huán)的影響較小，不論是在紙張強度還是透氣度方 面，在白水循環(huán)實驗中，陽/非離子復(fù)配抄造的紙張性能比單 獨加入兩性瓜爾膠的紙張性能波動大。這是因為兩性瓜爾膠 具有類似“抗離子干擾”的作用。兩性瓜爾膠由于比陽離子瓜 爾膠多了陰離子基團，陰離子基團能對陽離子基團起保護作 用、消除“雜”陽離子，從而能穩(wěn)定紙張的性能。