瓜尔胶改性方法新进展.pdf

80石油化工引言瓜尔胶能够溶于冷水和热水，而且具有比较优异的增稠性。但是瓜尔胶本身的溶解速度比较慢，瓜尔胶本身存在很多杂质，不能溶于有机溶剂。并且瓜尔胶的粘性不固定、不便于保存和运输，这使得瓜尔胶的应用受限。所以，对瓜尔胶改性是提高其应用范围的必然趋势。一、瓜尔胶的简介1.瓜尔胶的结构瓜尔胶是一种天然的半乳甘露聚糖，它的结构和角豆胶的结构类似。以聚甘露糖为分子主链，D-吡喃甘露糖单元之间以（1-4）苷键连接。而D-吡喃半乳糖则以（1-6）键连接在聚甘露糖主链上。从瓜尔胶分子的整体来看，半乳糖在组成链上的分布多以两个或者三个一组，而且每隔一个甘露糖就有一个半乳糖支链连接，并且呈现比例为21。瓜尔胶分子量大概是22万。由于瓜尔胶溶液中主链和侧链相互纠缠作用，在溶液中形成了超分子结构，从而形成了优越的粘稠性。而且，甘露糖和半乳糖的比例对瓜尔胶溶液的黏性和弹性起到决定作用。2.瓜尔胶的性能因为瓜尔豆生长在高温、干旱少雨的环境中，造就了瓜尔胶易溶于水的特点。在冷水中就能够溶解，在水中2h左右能够充分水化，形成半透明的粘稠液体，但是瓜尔胶不溶于有机溶剂。与合成聚合物相比，瓜尔胶可以在浓度低于1%的情况下达到很高的粘度，pH值、电解质以及温度都会干扰瓜尔胶的粘度。从一般情况来看，浓度超过0.5%的瓜尔胶溶液呈非牛顿流体的假塑性流体状态，具有搅稀作用。而且瓜尔胶具有很好的无机盐兼容性，受到一价金属盐的干扰，溶液浓度可以达到60%，但是，高价金属离子会使溶液的浓度降低。对溶液中的pH值把控，瓜尔胶能够和金属离子发生化学反应，产生稍微带有弹性的粘性物质，而且还能够产生一定强度的水溶性薄膜。温度对瓜尔胶的性能有重要作用，当溶于水中2h以后，溶液的粘性比较强，然后粘性会逐渐增强，1天以后，粘度达到最高。如果加热，能够在短时间内达到最大粘性。但是，瓜尔胶的粘性在温度到达一定范围时，能够产生逆转，当温度维持在8095之间，会彻底丧失粘性。而且瓜尔胶溶液在比较广的pH值范围内都表现出稳定性。pH值范围保持在69时，瓜尔胶的水溶速度比较快，粘性比较强，当超过此范围时，瓜尔胶的水溶速度会变慢，而且粘性也比较低。二、瓜尔胶改性方法从瓜尔胶的缺点考虑，瓜尔胶在水中溶解的速度不快，而且不能溶解的物质含量高，粘度也不易把控，容易被微生物分解，所以保存起来比较困难。对瓜尔胶改性的方法具体有以下几种。1.共混改性利用物理方法将瓜尔胶和其他材料进行充分混合，能够产生更好的性能。通过专业人士的研究，瓜尔胶改变胶原蛋白复合物质的流变性，但是不改变胶原蛋白的蛋白质结构。不同浓度的瓜尔胶制备过程中，瓜尔胶的复合物具有不同的孔隙直径，而且分布不同，生物质复合物的孔径分布随着瓜尔胶浓度的变化会向纳米级别转变，孔径分布也会更加均匀。当瓜尔胶浓度上升以后，复合物也表现出更强的热稳定性。2.氧化改性使用不同种类的氧化剂和氧化方法，都能对瓜尔胶的结构和性能产生不同的影响。氧化改性的反应比较复杂，机理也不详，氧化后的瓜尔胶和及羟丙基瓜尔胶结瓜尔胶改性方法新进展张明军陈志勇王鹏程广饶六合化工有限公司【摘要】当今时代，各国对环境保护问题都高度重视，为了实现经济和环境保护和谐共处，人们致力于探索无污染的天然高分子材料。瓜尔胶就是其中之一，瓜尔胶是一种水溶性非常好的天然高分子，主要从印度、巴基斯坦等地区的瓜尔豆的种子中提取。瓜尔胶具有能够降解和天然无毒害的优势，所以能够被制作成增稠剂、粘合剂等物质，广泛应用于食品、医疗、纺织、石油探测等各行各业。对瓜尔胶改性，使其能够应用于更多行业，是研究的重点内容。此次主要对瓜尔胶进行介绍，并且探讨其改性方法的新进展，希望给相关人士提供参考。【关键词】瓜尔胶；改性方法；新进展【DOI】10.12316/j.issn.1674-0831.2023.16.02781石油化工构中的醛基主要是以半缩醛的形式存在。采用不同的氧化剂和氧化工艺能够得到性能不同的氧化瓜尔胶产品。比如：使瓜尔胶粉悬浮于苯介质中，在快速搅拌的过程中加入冰冷的过氧化钠，在适宜的温度反应4h，就能够得到氧化瓜尔胶。将瓜尔胶与一定量的双氧水混匀，在900C条件下反应45min，也可制得氧化瓜尔胶。利用半乳糖醚和卤素作为氧化剂，可以得到带有羰基的氧化瓜尔胶。3.酯化改性瓜尔胶中含有大量的羟基，所以很容易和酸以及酸酐等物质发生酯化反应和酰化反应，从而使性能发生改变。当瓜尔胶中的羟基被无机酸或有机酸酯化，就会得到酯化瓜尔胶，比较常见的有硫酸酯、磷酸酯和醋酸酯等。在氢氧化钠存在的条件下，使用瓜尔胶和2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸反应，能够合成效率比较高的增稠剂。瓜尔胶的丙烯酰化反应只作用于瓜尔胶分子中的伯羟基上。而且，酯化产物的热稳定性在逐渐反应过程中随着氢键数量的消耗而降低。还有部分科学家将4-二甲氨基吡啶和水作为溶剂，与瓜尔胶发生琥珀酸酐反应，制作出了新型吸水性比较强的水凝胶，而且易于降解，反应过程中不需要使用交联剂。4.接枝改性瓜尔胶能够和乙烯基类单体产生接枝共聚反应，所以接枝共聚反应是对瓜尔胶改性的一种经济实用的方法，能够改善瓜尔胶聚合物的性能。瓜尔胶接枝共聚物具有很好的絮凝性、能够吸附金属离子，而且具有很强的抵抗生物降解性能。比如，通过微波技术对瓜尔胶引发接枝制备改性后的结晶度原样增加，可以应用到肠道药物的制作中。将水作为介质，用铜催化耦合剂能够制作出新型温敏生物混合瓜尔胶接枝共聚物，产生的共聚物具有可逆的热传导效应，能够产生具有弹性的物理网状物质。以硫酸钾（抗坏血酸）氧化还原体系，通过接枝共聚醋酸乙烯酯和丙烯酸乙酯二元共混单体到瓜尔胶上，加强瓜尔胶的性能，制作出的共聚物对溶液中的Hg（）有很好的吸附性，而且接枝产物比瓜尔胶的片层结构更加密集，热性能也发生了改变。5.交联改性瓜尔胶及其衍生物的水溶液在将pH值控制在特定范围内，通过硼和过渡金属交联作用可以产生凝胶，也可以加入交联剂反应生成交联瓜尔胶，提升其流变性和稳定性。比如，在碱性溶液中将瓜尔胶多糖和聚乙二醇二环氧甘油醚交联，制作出新的水凝胶。通过红外光谱和电子镜分析瓜尔胶多糖的水凝胶，显示出瓜尔胶多糖的假塑性和触变性。用盐酸和环氧氯丙烷作为反应原料，把乙醇作为反应溶剂，能够制备出部分溶于水的交联瓜尔胶。经过交联改性后的瓜尔胶的冻稳定性和溶胀能力变差，但是，其抵抗酸碱的能力以及粘性的稳定性有所提高。用硼和瓜尔胶制备出来的凝胶对剪切作用是可逆的，在被割开或者产生破裂以后，也可以恢复到原来的状态。而过渡金属和瓜尔胶的交联产物不可逆。交联改性瓜尔胶能够提升瓜尔胶在高温环境下的热稳定性，所以，在高温油井中能够得到广泛应用。6.酶法改性在改性时需要使用具有高度选择性的甘露糖酶和半糖酶，甘露糖酶仅在瓜尔胶主链中发生作用，利用这种性质，可以对瓜尔胶的分子量和流动性进行大幅度改善。半乳酶仅在支链发生作用，通过改变瓜尔胶中两种单糖的比例，对流变性的干扰比较小。通过计算机模拟瓜尔胶的酶改性，发现酶对瓜尔胶的作用机理和通常高分子链的断裂方式是：随机、高斯分布和链中点断裂，这说明酶对瓜尔胶是采用多链剪切模式进行作用，但还需要进一步实验才能够进行验证。同时，利用这两种酶对瓜尔胶改性，会产生协同作用。利用酶法改性的优点是：根据具体的需求，能够在实验过程中，通过控制各种药物释放体系定制专门的结构精细的瓜尔胶。7.阳离子型改性瓜尔胶瓜尔胶分子结构中，甘露糖和半乳糖都存在羟基，在强碱环境中，能够和阳离子醚催化剂产生反应，生成醚化阳离子瓜尔胶衍生物。比如，使用氯烷基季铵盐取代物，在碱性环境中和瓜尔胶进行反应，能够产生季铵盐醚化瓜尔胶。阳离子型瓜尔胶的抗氧化能力、杀菌能力和粘性强度都有所提高。经过这种方法改性后的瓜尔胶可以应用到油田。还可以用在头发上，产生良好的吸附性，产生阳离子聚合物膜，对发质进行改善。如果使用到香波中，能够抑制头发静电、增加头发的柔软度，使头发更加顺滑。8.阳非离子瓜尔胶改性阳非离子瓜尔胶中既含有阳离子取代基，又含有非离子取代基。可以通过使用羟丙基瓜尔胶粉作为产生改性反应的原始材料，用醇水混合液浸泡，调节溶液的酸碱度，使溶液保持中性，然后加入阳离子取代基溶液取代反应。通过这种方法改性的产品的最终性能得到了很明显地提高。比如，浓度为0.5%的阳非离子瓜尔胶水溶液的透光率能够达到75%。82石油化工三、经过改性后的瓜尔胶的应用方向1.在食品工业中的应用瓜尔胶改性后，能够广泛应用于食品的辅料中。能够被广泛地应用于速食食品、调味品、饮料、冰激淋以及各种饲料食品中，能够有效增加粘稠度、保持水分、增强食物的稳定性等。可以制作成增稠剂、稳定剂和悬浮剂等。比如，将瓜耳胶及其改性之后的衍生物制作成可降解的涂料，可以应用到水果、蔬菜的保存中，延长其保存时间。而且，将改性后的瓜尔胶应用到面食制作中，能够有效改善面食的烹饪性能，还可以将瓜尔胶应用于低脂酸奶中，能够改善酸奶的流变性，使酸奶的特性和全脂牛奶制作的酸奶性质相似。2.在化妆品领域的应用经过阳非离子改性后的瓜尔胶可以应用到护发用品中，能够作为功能性化妆品添加剂，起到改善发质的作用。将羟丙基瓜尔胶应用到牙膏中，能够作为粘合剂，改善牙膏的流变性和外观。3.在纺织领域的应用纺织中印花是必不可少的环节，经过改性后的瓜尔胶具有良好的成膜性和增稠性，可以被广泛应用于纺织浆料和印花中。将瓜尔胶共聚物作为硬挺剂应用到棉织物中，能够提高棉织物的刚度和拉伸的强度。而且相关科学家发现了瓜尔胶的上浆性能，浆膜能够抵抗断裂，具有良好的耐屈曲性，而且浆膜水的水溶性比较好，有利于退浆。由瓜尔胶衍生物制作的印花糊料具有很好的流动性，而且不易凝结在刮刀上，印花刀疵比较少。而且印花糊料具有良好的渗透性，能够在表面均匀染色。将瓜尔胶应用到印花糊料中，具有良好的成糊率，而且方便洗涤。能够牢牢锁住水分，可以应用到疏水性纤维织物的印花当中。4.在造纸中的应用天然瓜尔胶虽然能够提高纸张的强度和平整度，造成纸浆滤水困难。改性后的瓜尔胶性能比较优良，能够应用于造纸生产的全过程。仅使用少量瓜尔胶溶液就能够将造纸浆料均匀分散，在纸张表面成膜，提高纸张的实用性。比如，采用半干法制作成阳离子瓜尔胶，对阳离子瓜尔胶优化，将优化后的产物制作成助留剂，应用到对废旧纸张脱墨中。还可以将阳离子瓜尔胶和苯乙烯接枝，能够制作成施胶剂，具有良好的抗水效果，增加纸张的防水性。5.在生物医药中应用瓜尔胶可以在生物医药制作中被用作粘结剂、片剂和液体制剂中的稳定剂、乳化剂和悬浮剂。比如，将戊二醛作为交联剂制作出来的交联瓜尔胶应用到奥硝唑结肠定位释药中，能起到防止胃肠道吸收药物的作用，将药效最大化保持在结肠中。使用交联改性的瓜尔胶，能够表现为良好的生物相容性和血液相容性，还表现为优秀的抗菌性，能够广泛应用于促进伤口愈合的药物中。6.在石油化工中的应用改性后的瓜尔胶的粘稠性能、抗剪性能和热稳定性能都比较优越，所以能够被广泛应用到石油化工领域。其中的水不溶物质的残渣大幅降低，其应用对地层污染降低，并且具有很好的耐高温性和稳定性。7.在水域净化中的应用改性后的瓜尔胶及其衍生物能够在无机和有机系统中被作为絮凝剂使用，能够应用到对污水的沉淀、絮凝和过滤中。比如，通过制作瓜尔胶凝胶，能够有效吸附水中的污染物，在经过水洗之后，依然能够保持良好的吸附能力。这种凝胶能够被应用到生活污水的处理过程中，通过吸附水中的杂质，对污水初步过滤。8.其他应用改性后的瓜尔胶，可以应用到材料共混或者复合中，帮助制备新型材料。比如，用于可降解的材料涂层中、用于防水防油材料中等。四、结束语瓜尔胶作为天然无污染的高分子物质，能够被广泛应用于各行各业中。通过各种改性方法改善瓜尔胶溶解速度较慢、杂质比较多的缺点，提高瓜尔胶及其衍生物的性能，能够进一步扩大其应用范围，具有重要的现实意义。参考文献：1薛广海，李强，刘庆，吴萌，陈雁南.瓜尔胶改性沉降剂对湿法磷酸下游料浆沉降性能的影响J.矿冶，2023，32(02):102-106.2张益川，李茹，郭玉，张雨萌.土瓜尔胶改性膨润土渗透性及对Cr()吸附研究J.非金属矿，2022，45(05):10-13.3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