瓜尔胶的改性及在造纸工业中的应用

瓜尔胶的改性及在造纸工业中的应用
摘要：结合瓜尔胶的结构特点综述了其改性方法，并对瓜尔胶在造纸工业中的应用和最新研究成果进行了介绍，阐述了瓜尔胶是一种新型环保型造纸助剂，有着广阔的应用前景。

关键词：瓜尔胶；改性；造纸助剂;
瓜尔胶是从种植于印巴次大陆的豆科植物——瓜尔豆中提取的一种植物胶。

它在化学性质上是聚半乳糖甘露糖。

由于其独特的分子结构及物理化学特性，使它成为一种很有潜力的新型环保助剂。

瓜尔胶的首要特点是其生长于高温、干旱的环境中，因此不耐水，在冷水中就可以水化、溶解，这与淀粉系列助剂的使用需要糊化相比是一个很大的优势。

瓜尔胶的另一特点是分子结构与纤维素分子非常相似。

瓜尔胶分子中甘露糖单元通过1，4一β苷键连接成主链，半乳糖支链则以1，6一a键间隔与甘露糖主链相连，与纤维素分子的相似性使它易于吸附到纤维上产生助留效果。

天然瓜尔胶作为造纸助剂时，可以提高纸页强度，减少灰斑形成并提高纸页匀度。

近几年来，瓜尔胶系列助剂在卷烟纸行业中得到了广泛应用。

瓜尔胶用于卷烟纸不但具有优良的助留、助滤和增强效果，而且抄成的纸在燃烧时没有异味，满足卷烟用纸的需要。

但是。

瓜尔胶原粉在使用过程中总会有不尽入意之处，它会造成滤水困难等，因此人们常用化学手段改变其理化特性以满足实际工业生产的需要。

1 瓜尔胶的改性方法
1．1 阳离子型瓜尔胶的制备
由于瓜尔胶分子结构中每个甘露糖或半乳糖上都有羟基，在强碱的条件下，与阳离子醚化剂作用生成醚化阳离子瓜尔胶衍生物(威廉姆森反应) 。

秦丽娟等讨论了半干法合成阳离子瓜尔胶(CEG)的影响因素，优化出合成阳离子瓜尔胶的最佳工艺条件。

并将所合成的阳离子瓜尔胶作为助留剂应用于废纸脱墨浆。

万小芳㈨等用一步泥浆法合成新型助留助滤剂——阳离子羟乙基瓜尔胶(cEG)，过程为将悬浮于醇／水体系中的瓜尔胶，先与阳离子单体发生醚化反应，然后与氯乙醇在微过量碱催化剂存在下进行羟乙基化反应，阳离子中间产物不必分离。

重点研究了阳离子醚化产物的黏度及氮质量分数的影响因素，确定了阳离子化反应优化条件为：m(阳离子单体)：m(瓜尔胶)=0．4 ：1，m(N~OH)：m(瓜尔胶)=0．25：1，反应温度60℃，反应时间2．5h。

经红外光谱分析，证实了接枝产物中季铵阳离子基团的存在。

由于CEG 分子结构同时含有季铵阳离子和非离子的活性羟基，CEG 常温水合作用进一步强化，1％CEG 的水溶液的透光率增加到80％。

1．2 非离子型瓜尔胶的制备
非离子型瓜尔胶是瓜尔胶中的羟基与活性物质作用，生成瓜尔胶衍生物。

例如用环氧烷基在碱性催化剂的作用下，制得羟丙基瓜尔胶。

1.3 阴离子型瓜尔胶的制备
阴离子型瓜尔胶是瓜尔胶中的羟基与有机酸作用生成的衍生物。

例如在碱性条件下，利用3一氯- 2-
羟基磺酸可以制得阴离子醚化瓜尔胶衍生物，M ontgomery Rex等人制成了羧甲基改性的阴离子瓜尔胶，
其合成方法是：将瓜尔胶按一定比例分散在工业异丙醇中，通过搅拌形成均一浆料，然后加入NaOH 碱化，紧接着加入氯乙酸钠，剧烈放热，反应液升至60~C，反应45min左右结束，用80％甲醇溶液洗涤、醋酸中和、过滤得产品。

1．4 两性离子型瓜尔胶的制备
两性离子型瓜尔胶是瓜尔胶与非离子取代基反应，最终生成两性离子型瓜尔胶。

在碱性条件下，Martin M ．Tessler合成出了两性离子型瓜尔胶的衍生物：
另外，因瓜尔胶糖单元上平均有3个羟基，这3个羟基在一定条件下都可发生官能团衍生反应。

在不同的羟基上接上不同的阳离子和阴离子基团，也可形成两性瓜尔胶。

Chowd Hary等利用瓜尔胶先后和阳、阴离子基团反应最后得到了两性瓜尔胶产品。

M artino Gary T．等采用另一种方法也制得了两性瓜尔胶。

2 瓜尔胶在造纸工业中的应用
国内外对改性瓜尔胶作为造纸增强剂、助留助滤剂、絮凝剂、打浆增黏剂进行了深入研究，许多成果应用于造纸实践中。

2．1 改性瓜尔胶用作助留助滤剂。

阳离子型瓜尔胶能有效改善助留，显著提高填料留着率，对纸张的匀度没有太大影响，不影响脱水。

用量一般在0．03％～0．08％，添加点一般在纸机的冲浆泵之前或在保证均匀分散的情况下直接加到纸机的流浆箱之前。

阳离子型瓜尔胶溶液应稀释到0．1％的浓度后使用。

Derek Abson等人对4种造纸助剂阳离子淀粉(cs)、阳离子聚丙烯酰胺(CPAM )、阳离子瓜尔胶(CGG)、阳离子聚乙烯醇(CPVA)的助留助滤效果在动态滤水仪上进行了试验研究 ]。

他们发现：阳离子瓜尔胶无论是对细小纤维还是填料，其助留助滤效果都是最好的。

王登远在卷烟纸中加入化学改性的阳离子瓜尔胶，根据实验得出了在卷烟纸中加入化学改性的阳离子瓜尔胶可以提高细小纤维和填料的网部留着率、灰分，随着网部留着率的提高，节省了生产成本。

Bumfield 研究发现将阳离子瓜尔胶、阳离子淀粉按一定比例预先混合，经糊化后使用，阳离子淀粉的增强及阳离子瓜尔胶的助留助滤效果都能得到有效地发挥。

而且它比不经预先混合而分别使用两种助剂相比，强度提高20％左右，更重要的是它消除了单独使用阳离子瓜尔胶时“粉尘”(瓜尔胶粉)对人体的危害及耗水量大的弊端。

万小芳等对一步泥浆法合成新型助留助滤剂——阳离子羟乙基瓜尔胶(CVG)，及将其用于废新闻纸浆的抄造过程进行了探讨。

当CEG以0．2％(以绝干浆计)的用量添加到废新闻纸浆中，细小组分的单程留着率提高了40％，打浆度减小了37％。

另外。

万小芳等还研究了阳离子瓜尔胶／膨润土二元助留助滤剂在脱墨浆中的应用，研究了膨润土用量、pH 值、电导率、剪切力对阳离子瓜尔皎／膨润二元体系的助留助滤性能的影响。

研究表明：二元体系比单元体系有更好的助留助滤性能，更能抗pH 值、电导率、剪切力的干扰；且能提高成纸的强度。

2．2 改性瓜尔胶用作造纸增强剂
徐祥等认为非离子型瓜尔胶在纸张中主要起到增强作用。

且不影响纸张的透气度。

添加量为成纸的0．3％～0、5％，溶解时溶液的浓度尽量不超过1％。

在预先溶解的条件下可加到打浆后的高浓浆池中。

非离子型瓜尔胶能使纸机网部滤水速度得到有效控制，提高水印辊的运行性能，改善成纸匀度。

同时它还
具有极强的纤维分散能力。

另外，非离子瓜尔胶还可用于表面施胶，改善纸张的表面性能，提高卷烟纸的燃烧质量，改善包灰质量和包灰颜色。

在施胶过程中，还可以与淀粉、羧甲基纤维素(CMC)、聚乙烯醇(PVA)等化学品配合使用。

用于表面施胶的非离子型瓜尔胶量约为0．2～0．3g·m 。

在造纸过程中。

如果淀粉助剂用量过多，则会导致纸页变硬，同时增大白水coD 和BOD 负荷，Larsson研究认为，将改性的瓜尔胶(阳离子或中性)与胶体硅酸按适当比例混合后是一种良好的造纸增强剂，同时也显著提高助留助滤效果，研究发现，分多次加入胶体硅酸对纸页强度和其他性能有较大改善．但最显著的改善是细小纤维和填料的留着率。

具体加入步骤是先将一部分胶体硅酸与纤维和填料混合，适当加入改性瓜尔胶，当填料中形成了纤维、填料、硅酸和瓜尔胶的混合絮凝物并在浆料加人流浆箱之前加入剩余的胶体硅酸。

两性瓜尔胶可用于提高含机械浆纸张的内部强度和表面强度。

由于机械木浆中含有大量的阴离子杂质，对增强剂的使用有较大的负面影响，但是两性瓜尔胶对阴离子杂质的灵敏度最低。

阴离子型瓜尔胶还可以提高纸的耐折度，并减少湿强剂的使用量。

阴离子瓜尔胶用量一般为成纸的0．2％～0．4％，溶解时溶液的浓度尽量不要超过1％。

2．3 其他方面应用
瓜尔胶系列助剂还可以用作絮凝剂和打浆增黏剂。

但在此方面的研究尚不多。

3 结论
(1)瓜尔胶因其独特的化学结构，较高的环保价值，在造纸中用作造纸助留助滤及增强剂，必将成为人们关注的热点。

(2)我国对瓜尔胶的改性及在造纸中的应用研究起步较晚。

离国际水平还有一定的差距，很多技术还依赖于进口，造纸中许多可利用改性瓜尔胶的领域还没有实际应用，所以加强研究开发工作意义重大。