專利名稱：一種粉狀兩性瓜爾膠衍生物的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種粉狀兩性瓜爾膠衍生物的制備方法，尤其涉及一種采用半干法， 在同一反應器內(nèi)同時完成瓜爾膠的陽離子化與陰離子化反應，制備高取代度粉狀兩性瓜爾 膠衍生物的方法。
背景技術(shù)：
瓜爾膠是一種天然的半乳甘露聚糖膠，從產(chǎn)于印度、巴基斯坦等地的瓜爾豆種子 的胚乳中提取得到。瓜爾膠獨特的結(jié)構(gòu)特征決定了其易于被化學改性，其衍生物在造紙工 業(yè)中的應用十分廣泛。兩性瓜爾膠作為紙張增強劑用于造紙工業(yè)，具有類似“抗離子干擾” 的作用，且對體系中的明礬等化學品的干擾相應減小，且由于電荷近中性，對體系中PH值 適應范圍廣，不僅適用于酸性造紙，同時適用于中堿性造紙。另外，瓜爾膠出色的生物降解 性能緩解了造紙工業(yè)的環(huán)境污染問題，符合清潔生產(chǎn)理念。專利EP0943672公開了一種醇溶劑法制備兩性瓜爾膠衍生物的方法。專利 US3467647公開了一種采用堿性水溶性體系制備的兩性瓜爾膠衍生物，其產(chǎn)品的取代度相 當?shù)?。這些專利技術(shù)都是采用水法或有機溶劑法，不僅必須添加抗凝膠劑等化學助劑，而且 后處理困難，同時產(chǎn)品取代度低，用作紙張增強劑其效果不如取代度高的產(chǎn)品。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是針對上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，提供一種用于紙張增強劑的 兩性瓜爾膠衍生物的制備方法。該方法采用半干法，在同一反應器內(nèi)同時完成瓜爾膠的陽 離子化與陰離子化反應，操作簡單，反應條件溫和，制得的兩性瓜爾膠衍生物的取代度高。本發(fā)明的技術(shù)方案為基于瓜爾膠的羧甲基化反應條件與陽離子化反應條件一 致，提出了一種在低溫下、在同一反應器內(nèi)同時完成瓜爾膠的陽離子化與陰離子化反應，制 備高取代度粉狀兩性瓜爾膠衍生物的方法。兩性瓜爾膠衍生物的制備方法包括如下步驟(1)瓜爾膠的堿化、(2)陽離子化與 陰離子化反應、(3)提純，具體如下(1)瓜爾膠堿化將堿性催化劑用醇/水混合物制成溶液，在攪拌條件下噴灑進瓜 爾膠原粉中，繼續(xù)攪拌0. 5h；(2)陽離子化與陰離子化反應將以瓜爾膠原粉為基準質(zhì)量分數(shù)5 30%的陽離 子醚化劑加入到步驟(1)所得的堿化瓜爾膠中，攪拌均勻，加熱到60 85°C，保溫30min ； 再加入以瓜爾膠原粉為基準質(zhì)量分數(shù)5 25%的陰離子醚化劑，并攪拌均勻，繼續(xù)在60 85°C下反應2 6h，反應完成后，用鹽酸調(diào)節(jié)pH值到中性，制得粉末狀粗產(chǎn)品；(3)提純將步驟⑵所得的粉末狀粗產(chǎn)品用95%乙醇溶液浸泡，過濾，洗滌，真空 干燥，即得具有高取代度的粉狀兩性瓜爾膠衍生物。其中，所述的堿性催化劑為氫氧化鈉、氫氧化鉀或乙醇鈉；所述的醇/水混合物中 醇與水的質(zhì)量比為0.1 1 0.5 1，堿性催化劑用量是以瓜爾膠原粉為基準的質(zhì)量分數(shù)2 5%，醇/水混合物加入量是以瓜爾膠原粉為基準的質(zhì)量分數(shù)20 35% ；所述的陽離 子醚化劑是一種季銨化試劑，為3-氯-2-羥丙基三甲基氯化銨或環(huán)氧丙基三甲基氯化銨； 所述的陰離子化試劑是一種含有羧烷基的試劑，為氯乙酸或氯乙酸鈉；調(diào)節(jié)物料PH值所用 的酸性物質(zhì)為醋酸、鹽酸或檸檬酸。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點
1.本發(fā)明的粉狀兩性瓜爾膠衍生物的制備方法屬于半干法，與現(xiàn)有技術(shù)采用水法 或有機溶劑法相比，半干法合成反應不必加入抗凝膠劑和多種催化劑，基本無三廢，反應條 件溫和，反應物轉(zhuǎn)化率高。2.利用該方法，可以在同一反應器內(nèi)完成同時完成瓜爾膠的陽離子化與陰離子 化，合成工藝簡單；加堿量為分步完成瓜爾膠陰、陽離子化的50%，大大降低了成本。3.與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明制得的產(chǎn)品取代度高，用作紙張增強劑效果更好。本發(fā)明制備的粉狀兩性瓜爾膠衍生物增強劑，其陰離子基團和陽離子基團在紙漿 中產(chǎn)生協(xié)同效應，顯著提高增強效果。用量為0. 5%時(以兩性瓜爾膠粉末占紙漿干漿重 量計算)，添加兩性瓜爾膠與不添加該助劑相比，楊木BCTMP抄造的紙張抗張指數(shù)提高了 24. 7%，耐折度提高了 35. 3%，耐破指數(shù)提高了 27.6%。
具體實施例方式實施例1將2g堿溶解在20ml水與3. 5ml乙醇的混合液中，噴入到50g瓜爾膠原粉中攪拌 0. 5h。瓜爾膠原粉充分堿化，在攪拌條件下0. 5h內(nèi)加入3-氯-2-羥丙基三甲基氯化銨10g， 繼續(xù)攪拌0. 5h。然后升溫到65°C，保溫30min后，在攪拌條件下0. 5h內(nèi)加入8g氯乙酸鈉， 繼續(xù)攪拌0.5h。維持反應溫度在70°C，反應4h后，降溫，用鹽酸調(diào)節(jié)pH值到7。粗產(chǎn)品用 95%乙醇浸泡、過濾、洗滌、真空干燥得淡黃色粉末狀高取代度兩性瓜爾膠。產(chǎn)品主要技術(shù) 參數(shù)為含氮量2. 10%，陽離子取代度為0. 297，陰離子取代度為0. 076。實施例2將2g堿溶解在15ml水與3ml乙醇的混合液中，噴入到50g瓜爾膠原粉中攪拌 0. 5h。瓜爾膠原粉充分堿化，在攪拌條件下0. 5h內(nèi)加入3-氯-2-羥丙基三甲基氯化銨 7. 5g，繼續(xù)攪拌0. 5h。然后升溫到65°C，保溫30min后，在攪拌條件下0. 5h內(nèi)加入5g氯乙 酸鈉，繼續(xù)攪拌0.5h。維持反應溫度在75°C，反應4h后，降溫，用醋酸調(diào)節(jié)pH值到7。粗產(chǎn) 品用95%乙醇浸泡、過濾、洗滌、真空干燥得淡黃色粉末狀高取代度兩性瓜爾膠。產(chǎn)品主要 技術(shù)參數(shù)為含氮量1. 80%，陽離子取代度為0. 258，陰離子取代度為0. 075。
權(quán)利要求
一種粉狀兩性瓜爾膠衍生物的制備方法，包括如下步驟(1)瓜爾膠的堿化、(2)陽離子化與陰離子化反應、(3)提純，其特征在于采用半干法，在同一反應器內(nèi)同時完成瓜爾膠的陽離子化與陰離子化反應。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述步驟(1)中將堿性催化劑用醇/水混合 物制成溶液，在攪拌條件下噴灑進瓜爾膠原粉中。
3.如權(quán)利要求2所述的，其特征在于醇/水混合物中醇與水的質(zhì)量比為0.1 1 0.5 1，堿性催化劑加入量是以瓜爾膠原粉為基準的質(zhì)量分數(shù)2 5%，醇/水混合物加入 量是以瓜爾膠原粉為基準的質(zhì)量分數(shù)20 35%。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述步驟(2)中陽離子醚化劑是一種季銨化 試劑，為3-氯-2-羥丙基三甲基氯化銨或環(huán)氧丙基三甲基氯化銨。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述步驟(2)中陰離子醚化劑是一種含有羧 烷基的試劑，為氯乙酸或氯乙酸鈉。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種采用半干法，在同一反應器內(nèi)同時完成瓜爾膠的陽離子化與陰離子化反應，制備高取代度粉狀兩性瓜爾膠衍生物的方法氫氧化鈉用醇/水混合物制成溶液，噴灑進瓜爾膠原粉中，再將粉末狀的季銨化試劑在攪拌條件下加入該堿化的瓜爾膠中，再與羧烷基化試劑反應得到產(chǎn)品。該制備方法具有半干法的特征，在同一反應器內(nèi)同時完成瓜爾膠的陽離子化與陰離子化反應，合成工藝簡單，中間產(chǎn)品不必分離純化，可以直接進行后續(xù)反應；并且合成過程中充分利用反應熱，減少能量消耗。它解決了現(xiàn)有技術(shù)采用水法或有機溶劑法生產(chǎn)的改性瓜爾膠成本高、后處理困難和產(chǎn)品取代度低的問題。
文檔編號D21H17/32GK101871180SQ2009100825
公開日2010年10月27日 申請日期2009年4月27日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月27日
發(fā)明者劉小莉, 彭建軍, 曹春昱 申請人:中國制漿造紙研究院