瓜尔胶及其衍生物的在造纸行业的应用瓜尔胶.doc

瓜尔胶及其衍生物的在造纸行业的应用瓜尔胶英文名为“guargum”是一种天然的半乳甘露聚糖类植物胶。瓜尔胶是从种植于印巴次大陆的一种豆科植物—瓜尔豆中提取的瓜尔豆中胚乳占35%~42%胚牙占43%~47%外壳占17%。将胚牙和外壳从种子中分离并将胚乳精磨便得到食品等级、技术等级或工业等级的瓜尔胶原粉。瓜尔豆原生长于印度和巴基斯坦20世纪早期引入美国并在50年代进行了大规模的商业生产我国也在70年代进行了引种。瓜尔胶的最初出现是作为刺槐豆胶（Locustbeangum)的替代品产生的在此之前刺槐豆胶已广泛用于工业生产并造成需求紧张。后来研究表明发现瓜尔胶比刺槐豆胶更易水化和氢键结合活性更大的原因以及瓜尔胶的成本约是刺槐豆胶的一半这是瓜尔胶在造纸工业的应用中后来居上的主要原因。近年来随着环境保护意识的不断增强人们逐渐把注意力转移到一些天然产物的研究上。瓜尔胶这一天然高分子化合物由于其独特的分子结构及物理化学特性而易于被化学改性使它成为一种很有潜力的新型环保助剂在造纸、日用化学品、食品、石油钻探、医药等工业应用极其广泛。1瓜尔胶的结构与性质瓜尔胶主链由（(14)-β-D-甘露糖为单元联接而成侧链由单个α-D半乳糖组成并以（16)键与主链相接。瓜尔胶就分子结构来说是一种非离子多糖它以聚甘露糖为分子主链D-吡喃甘露糖单元之间以β(14)苷键连接。而D-吡喃半乳糖则以α(16)键连接在聚甘露糖主链上。瓜尔胶中甘露糖与半乳糖单元之摩尔比为1.5~2：1即每隔一甘露糖单元连接着一个半乳糖分支。瓜尔胶因来源不同分子量约为100万~200万。从支链的半乳糖来看有四个羟基均可以参与酯化或醚化反应考虑到空间的位阻效应羟甲基中的伯羟基反应活性最强此外甘露糖的羟基也有一定的反应活性。这种特性与那些无分支、不溶于水的葡甘露聚糖有明显的不同。瓜尔胶是水溶性最好的天然高分子化合物之一水溶性具有很高的粘度1%的水溶液的粘度约为4000~6000mPa·s。水溶液呈假塑性没有屈服应力是典型的缠绕的生物聚合物性质。瓜尔胶的最初出现是作为刺槐豆胶的替代品而产生的。后来研究证明虽然瓜尔胶和刺槐豆胶均为聚半乳糖甘露糖但二者在化学组成和行为上有着明显的区别。刺槐豆胶要达到最大粘度需要高温水煮而瓜尔胶在冷水中就可以水化。化学组成上刺槐豆胶平均每4个甘露糖单元才有1.5个乳糖支链。所以瓜尔胶分支单元数为刺槐豆胶的2倍。而这被认为是瓜尔胶比刺槐豆胶更容易水化和氢键结合活性更大的主要原因。2瓜尔胶的衍生物然而天然的瓜尔胶存在不能快速溶胀和水合水不溶物含量高热稳定性较差易被酶和细菌分解等缺陷。因此需要对瓜尔胶进行改性形成新的衍生物克服天然瓜尔胶的缺点使其广泛应用。瓜尔胶的衍生物主要有：阳离子型瓜尔胶、阴离子型瓜尔胶、非离子型瓜尔胶、两性型瓜尔胶、接枝共聚瓜尔胶以及交联改性。瓜尔胶分子的最大特点也即最大优点便是与纤维素结构非常相似这种相似性使它对纤维素有很强的亲和性称之为直接性。瓜尔胶直链上没有非极性基团大部分伯羟基和仲轻基都处在外侧而且半乳糖支链并没有遮住活性的醇羟基、、因而瓜尔胶具有最大的氢键结合面积当与纤维结合时形成的氢键结合距离短结合力大。为赋予瓜尔胶更好的使用性能通常对瓜尔胶原粉进行化学改性。为了赋予瓜尔胶更好的使用性能需对瓜尔胶进行化学改性瓜尔胶的改性主要有两个方向：一是在分子链上引入阳离子基团从而获得一定的正电性这种带正电的改性瓜尔胶便可以与带负电的纤维、填料粒子相互作用从而提高原有的助留、助虑和增强效果。与淀粉类助剂相比阳离子瓜尔胶不需要糊化可以直接溶于水同时由于其分子量处于中等（20万~200万左右）在提高助留助滤效果时不会产生过度絮凝有利于改善纸页匀度。王军利等研究了阳离子瓜尔胶作为造纸湿部助留助虑剂使用时用量1%（对绝干浆）、抄纸pH值接近中性的6~7范围内其效果较好并且阳离子取代度增大效果增加。另一改性方向是设法增加瓜尔胶分子链的长度增大其分子量从而增强其架桥连接能力。Swanson研究表明0.5％的分散刺槐豆胶加入漂白亚硫酸盐浆可以降低70％的打浆时间并提高32％的耐破度而瓜尔胶被认为效果更佳。没经化学改性的瓜尔胶原粉虽然也能有效提高纸页的强度且有良好的助留作用但却使滤水困难使干燥负荷增大。经改性的瓜尔胶能有效地克服这一缺点改性的瓜尔胶主要有阳离子型、阴离子型、非离子型、两性瓜尔胶和磷酸瓜尔胶各种类型的瓜尔胶的主要作用不同用量也不同。阳离子瓜尔胶在冷水中可溶这与阳离子淀粉相比是一个很大优势。另外许多淀粉分子形成螺旋状结构而瓜尔胶分子则形成直链结构。所以瓜尔胶的活性基团比阳离子淀粉更容易与纤维接近从而少量的阳离子瓜尔胶便可能达到较多量阳离子淀粉才能达到的使用效果。当今聚丙烯酰胺和改性淀粉广泛应用于造纸中的助留助滤剂但其效果只能达到一定程度。它们