瓜尔胶（GUM)来自草本植物瓜尔豆的内胚 乳，是一种天然的绿色产品，具有特殊的物化性 能，可用作增稠剂、稳定剂、乳化剂、分散悬浮剂、 保水剂及凝胶剂，其应用涉及油田、造纸、医药、生 活日用品、食品、纺织、水处理、采矿炸药等领 域尽管瓜尔胶具有很好的水溶性和增稠 性，但原粉存在下述缺点：①不能快速溶胀和水 合，溶解速度慢；②水不溶物含量髙；③黏度不 易控制；④易被微生物分解而不能长期保存 等[6]。这些缺点使瓜尔胶的应用受到很大限制， 需要进行化学改性。羟丙基化法是主要的改性方 法[7’8]，但在降低水不溶物含量和同时保持较高 的黏度之间存在着矛盾[9]。近年来，羟丙基瓜尔 胶作为油田压裂液的增稠剂得到广泛应用，但性 能很难达到一级品指准[9]，且产生污染。笔者在 前期工作的基础上[1°]，以异丙醇为分散剂，进一 步对羟丙基瓜尔胶的合成条件进行优化，产物达 到一级品指标。

1 实验 1.1实验原理

瓜尔胶是线状半乳甘露聚糖，属于非离子型 高分子。在结构上，以/H，4键相互连接的D■甘 露糖单元为主链，不均匀地在主链的一些1>甘露 糖单元的C6位上再连接单个1>半乳糖（浐1，6 键）为支链，其半乳糖与甘露糖个数比约为1 : 1.8,简化为1 > 2D1]，其相对分子质量22X104。

环氧丙烷可与瓜尔胶中单糖分子上的活性羟 基反应，生成羟丙基瓜尔胶（HPG)。为使该反应

能够进行，以碱为催化剂，通过脱质子化反应，使 瓜尔胶分子中的羟基活化，醚化反应得以进行。 1.2主要试剂及仪器

GUM原粉[黏度235 mPa • s，w(水不溶 物）= 17. 42%，w(水）=9. 7%],工业品，吉林油 田；异丙醇、无水乙醇，分析纯，北京化工厂；氢氧 化钠、冰醋酸，分析纯，天津市试剂有限公司；环氧 丙烷，分析纯，国药集团化学试剂有限公司。

NDJ-1型旋转黏度计，上海群昶科学仪器有 限公司；PH&3B精密酸度计，上海雷磁新泾仪器 有限公司。AVATAR 360型FT-IR红外光谱仪 (溴化钾压片），美国；热流型差示扫描量热仪（从 50 °C升温到200 X：，升温速率为10 °C/min )，日 本精工;D/Max-n型X射线衍射仪（以CuK：al* 射线源，波长0.154 05 nm),日本理学;JSM-5600 扫描电子显微镜，日本。

1.3羟丙基瓜尔胶的制备

量取一定量的异丙醇加人到三口烧瓶中，再 称取一定量的瓜尔胶粉分散于异丙醇溶液中，羟丙基瓜尔胶的合成与表征,加 人催化剂，浸于恒温水浴，搅拌20 min,加人一定 量的环氧丙烷，控制反应温度和反应时间，反应完 成后，使体系冷却到室温，中和，调节pH值；过 滤，洗涤，干燥，即得到羟丙基瓜尔胶。

2结果与讨论

2.1合成反应条件与测定结果

表1是在瓜尔胶用量50 g，异丙醇用量200mL的条件下，改变其他反应条件所得羟丙基瓜 尔胶的含水率、水不溶物含量、黏度和交联性的测 定结果。从表1中可看出，实验1、2、3随着催化 剂量的增加，黏度增加，含水率较低，交联性较好； 实验6、7、8、9随着反应时间的增加，黏度、含水率 和水不溶物含量都有最佳值；实验1〇、11、12、19 随着反应温度的增加，无规律性，与其他反应条件 有交互影响，但含水率和挑挂性都很好；实验14、 15、16、17、19随着环氧丙烷的增加，虽然含水率 和挑挂性都可以，除实验14外，其他黏度多较 低。总的来看，在瓜尔胶和异丙醇分别为50 g和 200 mL时，初步得出的条件范围是：水38〜60 mL,催化剂2〜3 g,反应温度40〜60 °C ,反应时 间4 h,环氧丙烷10 mL。在表1中，只有实验6 满足一级品要求，其各项指标为：黏度91 mPa • s,水不容物）=6. 3%，含水率2. 6%,可较好挑 挂。在表1基础上，详细考察了反应条件对产物 性能的影响，其结果见表2。 

表1反应条件对产物含水率、水不溶物含置、黏度和交联性的彩响

反应条件产物性能

买验号水用量/mL催化剂

用量./g环氧丙焼 用量/mL温度/°c反应时间/hw(水），％(水不容物），

°/〇黏度/(mPa • s)交联性

1382.0106045, 505. 4763. 0较好

2381.810604. 04. 4012. 3040. 5较好

3381. 610604. 05. 309. 0536. 5较好

4601. 410504.06. 1015. 4026. 5较好可挑挂

5601.210504. 05. 457. 6054. 5较好可挑挂

638210603. 52. 606. 3091.0较好可挑挂

7602. 010503. 010. 305. 2634. 0较好可挑挂

8602. 010502. 512. 5013. 7098.0较好可挑挂

9602. 010504.53. 0014. 8068. 0较好可挑挂

10602. 010504. 05. 566. 3047.0较好可挑挂

11602.010404. 011. 209. 4176. 0较好可挑挂

12602.010704. 08. 8016. 5083.0较好可挑挂

14602.08604. 09. 2917. 40152. 5较好可挑挂

15602. 06604. 010. 1014. 8037. 5较好可挑挂

16602.012604. 07. 447.4148. 1较好可挑挂

17602.014604. 08. 188. 1869. 5较好可挑挂

18502. 010604. 08. 7116.8080. 1较好可挑挂

19602.010604.04. 795. 7244.0较好可挑挂

20382.09653. 08. 309. 6869. 3较好可挑挂

表2优化条件下合成HPG的反应条件和测定结果

编号反应条件产物性能

水用量/mL催化剂 用量/K温度/°C反应时间/h如(水），％功(水不容物），％黏度八mPa*s)交联性/中和pH值

1603. 0403. 58. 4915. 7104好/7

2382. 0604.07. 9919. 2112好/7

3382. 5604. 04. 5611.595好/7

4383. 0604.09. 839. 69100好/7

5383. 0604. 09. 647. 69114好八〇

6383. 5604. 010. 09. 8178好/1〇

7383.5604.09. 9211. 650好/1〇

8503. 0604. 03. 607.89103好/1〇

9503. 0504. 07. 6712. 291好/1〇

注：固定瓜尔胶用量SO g,异丙醇200 mU环氧丙烷10 mL。

从表2可看出，在瓜尔胶50 g、异丙醇200 产物的黏度为103 mPa • s、W (水不溶物 mL、环氧丙烷10 mL时，反应时间4 h较好，8号 7. 89%、功（水）=3. 6%，5号产物的黏度为 

mPa • s、w(水不溶物）=7.69%、功（水）= 9. 64%。对比行业标准 SY/T 5764—1995[12],已 经达到一级产品的标准[黏度大于90 mPa • (水不溶物）>8%，w(水）<10%]。

2.2优化条件下合成产物的性能和表征 2. 2.1 FT-IR 分析

图1为瓜尔胶和羟丙基瓜尔胶的红外光谱。

图1瓜尔胶和羟丙基瓜尔胶的红外光谱

从图1可看出，HPG与GUM原粉的主吸收 峰基本一致，5号产物在1 650 cnT1吸收峰向低移 动到1 410 cnT1与工业产品类似，羟基的伸缩振 动更强，峰形变宽，在1 〇〇〇〜1 200 cm—1范围内 C一O伸缩振动、C一O—C伸缩振动和CH2的弯 曲振动重叠，且反应前后都有醚键存在，这与文 献[13]是一致的。

2. 2. 2 DSC 分析

图2为瓜尔胶和羟丙基瓜尔胶的DSC图。

图2瓜尔胶和羟丙基瓜尔胶的DSC图

从图2的DSC曲线对比发现，瓜尔胶在120 附近存在一个较明显的熔融吸热峰，羟丙基瓜尔 胶的熔融吸热特征峰明显向高温移动。说明接枝 上的羟丙基对瓜尔胶的相态稳定温度有影响。 2.2.3 XRD 分析

图3为瓜尔胶和羟丙基瓜尔胶的XRD曲线。

从图3可见，瓜尔胶和羟丙基瓜尔胶在20为 17°和20°附近都有晶体峰出现。羟丙基瓜尔胶的合成与表征,改性后20°峰形 大小和强度基本没有变化，17°所对应的峰强度变 小，说明接枝上的羟丙基对瓜尔胶的高分子结晶 形态有影响。

2.2.4产物微观形貌分析

将羟丙基瓜尔胶和瓜尔胶进行扫描电子显微 镜分析（见图4和图5)，发现两者的微观形态一 致，粒度分布差异并不大，改性并没有对瓜尔胶的 聚集形态造成影响。

3结论

以异丙醇为分散剂，氢氧化钠为催化剂，合J5 了羟丙基瓜尔胶。合成的最佳反应条件为：异石

醇200 mL，环氧丙烷10 mL,氢氧化钠3 g，水 38〜50 mL，反应温度60 °C，反应时间4 h。在此 条件下所得到的羟丙基瓜尔胶黏度较高，大于1〇〇 mPa • s，w(水不溶物）<8%,应用性能明显优于 瓜尔胶，且接枝上的羟丙基对瓜尔胶的主体结构、 结晶和颗粒形貌影响不大。