新型两性瓜尔胶的制备及其在卷烟纸中的应用研究，采用先合成两性醚化剂中间体，再将中间体接枝到 瓜尔胶上的方法制得一种新型两性瓜尔胶，并对反应产物结 构进行了表征。比较了其与传统洛加阳/非离子瓜尔肢的方法 在卷烟纸生产中的应用效果。结果表明：DSC分析证实N，N—二 甲基氩基乙酸盐酸盐已经被成功制得；红外谱图证实两性中 间体已经接枝到瓜尔胶上制得了两性瓜尔胶。当阔叶木浆与 针叶木浆比例为7:3,非离子瓜尔胶添加量为0.3%、阳离子瓜 尔胶恭加量为0.1%，或单独添加两性瓜尔胶为〇.彳％时纸张性 能达到最佳；单独使用两性瓜尔胶比使用阳/非离子瓜尔胶复 配在白水循环系统中能更好地稳定纸张的强度和透气度。
尔胶（guar gum)是一种天然植物胶，由于其价 | I V格低廉、使用效果好，成为目前国际上广泛应用的 7化学品之一X。瓜尔胶原粉具有溶解速度慢、黏
度不易控制、水不溶物含tt高、易被微生物分解等缺点，新型两性瓜尔胶的制备及其在卷烟纸中的应用研究，所以一般经过改性后使用。改性后的瓜尔胶根据取代基种类的 不同可分为：非离子瓜尔胶，阳离子瓜尔胶，阴离子瓜尔胶， 阴阳两性瓜尔胶，羟烷基阴离子瓜尔胶，羟烷基阳离子瓜尔 胶['瓜尔胶系列改性物分子结构与纤维素分子结构非常相 似，极易吸附在植物纤维上，并可为纤维之间形成氢键提供 大ft的羟基，促进纤维之间的结合.
瓜尔胶及其衍生物抄成的纸无任何泰副作用且燃烧没有 异味，因而成为生产卷烟纸的主要助剂|61。阳离子瓜尔胶可以 用作造纸湿部助留助滤剂，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，因而在卷烟纸生产中，普遍用阳离p瓜尔胶和非离子瓜尔胶复配的方式来改善卷烟纸的性 能但是由r•全球对坏境保护的逐步重视，纸机系统也逐 步向全封闭式转换。在卷烟纸的抄造过程中，未留着在纸中的 RI离子瓜尔胶等助剂会残留在白水中投人下次使用，随着A水 循环次数的增加.残留的阳离子瓜尔胶会影响白水中的电荷平 衡，这会对卷烟纸性能造成不利影响1且湿部电荷变化也会降 低阳离+瓜尔胶的使用效果。两性瓜尔胶由干其同时具备阳离 子基团和阴离子基团，它的应用效果要明显好干普通的阳离+ 瓜尔胶，且由于电荷近中性不仅彺白水循环中对湿部电荷 影响小，其使用效果也不会受到影响。因而对于现在封闭式的 造纸系统，两性瓜尔胶会比阳离子瓜尔胶有更好的应用效果。
新型两性瓜尔胶合成方案为：首先合成两性醚化剂，再用 _制两性醚化剂对瓜尔胶进行改性制得阳离+基团与阴离了- 基团在同一支链上的新型两性瓜尔胶。对制备过程中相关产 物进行结构表征，然后自制两性瓜尔胶按常规卷烟纸生产1： 艺进行应用实验，通过白水循环实验考察其应用效果.冏时 与W/非离子瓜尔胶复配的应用效果进行对比岍究4
1实验
U原料和仪器
瓜尔胶，PII离子瓜尔胶、非离了•瓜尔胶（均取白无锡金S 科技有限公司），阔叶木漂ft化学浆 <打浆度43-SR)，计叶木 漂白化学浆（打浆度8rSR>,沉淀碳酸钙 <平均粒径4nm> , 乙醇、氢氧化钠.氯乙酸、醋酸（均为分析纯忒剂>。
纸样抄取器（ZQJI-B-I1，陕西科技大学机械制造厂）， NDJ—79型旋转黏度i•十（_h海昌吉地仪器有限公司生产）， d/o色度白度计（温州仪器仪表有限公司），纸与纸板透气度 测定仪U-TQY10,四川长江造纸仪器有限公司），电脑测控 抗张试验机（DC-KZ300C,四川长江造纸仪器有限公司）, 新型两性瓜尔胶的制备及其在卷烟纸中的应用研究，Zeta电位仪（SZP06, Mtitek GmbH公司）D 1.2两性瓜尔胶粉的制备
在三口瓶中加入一定量胺类物质和氣乙酸，搅拌，同时 升温至指定温度进行一段时间反应。减压蒸馏.得到黄色黏 稠液体。冷却，加酸，析出白色晶体，即N，N-二甲基氨基乙酸 盐酸盐（DMGC)。将DMGC和有机高分子反应5~8k减压 蒸馏，得到透明浅黄色液体，即两性中间体2,3-环氧丙基二 甲氨基乙酸盐（ECDHh
在氣气保护的条件下，在装有机械搅拌器.温度计和氣气 管的三口烧瓶中，将一定量的瓜尔胶原粉分散于乙酵水溶液 中，加人_定萤质ft浓度为15°/。的氢氧化钠，升溫到50~60C, 进行碱化一定时间，再加人-定tt的两性中间体，反应一定时
间，冷却到室温.用体枳浓度为25%的醋酸水溶液屮和，使pH 值为7左右，用体积浓度为70%的乙醇水溶液洗涤，过滤多次， 十燥，份砟.制得两性瓜尔胶，为淡黄色份来画体。
1.3 DMGC的纯度测试
用差示扫描量热仪，在丨C/min的升温速度F,绘制温 度-热流曲线。由于在持续的升温过程中，物质在达到其熔点 时，会出现继续吸热但物质温度不变的情况，当融化结束时， 温度会继续上升，此时曲线会出现一个明显的峰®1此峰值 对应的温度即为被测样品的熔点。将实验生成的DMGC晶体 的熔点，与纯DMGC熔点相比较，4以判断物质的合成情况。 1.4两性瓜尔胶的红外图谱表征
采用KBr压片法测定瓜尔胶原粉和两性瓜尔胶样品的红 外光谱.从而进行对比，波长范围为400-4000cm人 1.S两性瓜尔胶pH、黏度测定
将S制的两性瓜尔胶配成浓度为1%的溶液，在放S2h 后，测其pHfl与黏度。pH值用pH试纸测量，黏度按照SY/ T5764-I995fe准.用DNJ-79型旋转黏度计测定其25X：时水 溶液的黏度。
1.6两性瓜尔胶取代度的测定
本实验采用凯式定氮法测定两性瓜尔胶中的含Ma1' 然后计算出两性瓜尔胶的取代度。氮（N%)含址计算公式： A/%=[(7W?)XCX14]/G
式中：r一滴定所消耗盐酸的体枳，ml, i?—空白值， ml, c—标准盐酸浓度.mol/L, C—试样绝干质量，g。
瓜尔胶基本单X结构被取代基团的平均数S (DS>讣算 公式：/^=(486><〜°/。)/(丨4-16(^况％)
式中：486—瓜尔胶基本机构单元的平均分子质量；14— 氨的相对原子质t; 160—两性醚化剂的相对分子质ft。
1.7抄纸过程
按比例称取阔叶木漂白化学浆和针叶木漂白化学浆，用纤 维解离器解离30000转，加入非离子瓜尔胶（或不加〉，搅拌，加 人碳酸钙填料和瓜尔胶助剂，搅袢^在纸样抄取器上抄片，新型两性瓜尔胶的制备及其在卷烟纸中的应用研究，定量 为27g/m2左右。在恒温恒湿室放置24h,测定纸张性能^
1.8纸张性能测试
纸张的抗张指数检测参见GB/T453-1989,纸张透气度 检测参见 GB/T458-2008。
1.9 Zeta 电位
表1自制两性瓜尔胶主要指标
34彳字蜒*第犯卷第蝴20〗2年3月
两性瓜氺胶5.84700.48
用Zeta电位仪（SZP06, Miitek GmbH公司）测定。
1.10白水循环实验
白水循环实验中，将每次抄纸后滤出的白水收集，取出 一小部分用于分析检测，测白水的浓度与Zeta电位。再取2L 加入所需纸浆，离解，加入碳酸钙与瓜尔胶，加入剩余白水再 次抄纸。重复实验多次。再将多次白水循环实验所抄造的纸 张进行检测，测其强度与透气度。
2结果与讨论
2.1 N.N-二甲基氨基乙酸盐酸盐（DMGC)的纯度分析
在两性瓜尔胶合成过程中，首先需要合成出两性中间体 2,3-环氧丙基二甲氨基乙酸盐戊0011),而1^，1^_二甲基氨 基乙酸盐酸盐（DMGC)的合成效果是制得良好两性中间体 的关键。根据文献可以采用差热分析(DSC)法对N，N-二 甲基氨基乙酸盐酸盐（DMGC)等小分子有机化学品进行定 性和纯度测定。本实验室自制产物的DSC谱图见图1。
由温度-热流曲线可以看出晶体的熔点为191C,这在 文献中的N,N_二甲基氨基乙酸盐酸盐的熔点（188~191t：) 范围中，可以初步断定产物为N,N-二甲基氨基乙酸盐酸盐
(DMGC)的纯物质。
2.2两性瓜尔胶的红外分析
瓜尔胶的红外图谱如图2所示，431CHT1为瓜尔胶上的一 〇田申缩振动，2924(；1^1为糖单元中一(：112的(：一1^申缩振 动，1654CHT1为半乳糖/甘露糖的环振动。两性瓜尔胶的红外 图谱如图中红线所示，相比较起来，MZOcrrT1处有明显的波 峰，是与氮相连的-CH^C-H对称变性振动。由此可见，两 性中间体已经被接上瓜尔胶。
2.3浆料配比对卷烟纸质量的影响
首先对阔叶木与针叶木的浆料配比进行了探讨，阔叶木 浆打浆度43°SR,针叶木浆打浆度81°SR,以使卷烟纸既能具 有较髙的强度，也能有较好的透气度。
由图3和图4可以看出，随着浆料中针叶木浆的增加，纸 张的抗张指数随之增加，透气度却随之下降，这与阔叶木浆 与针叶木浆的纤维形态不同有关，也与两种浆料打浆度不同 有关。新型两性瓜尔胶的制备及其在卷烟纸中的应用研究，由于卷烟纸透气度是决定卷烟纸内在质量的重要指标 之一，适当提高透气度可以改善卷烟纸质量，同时也是降低 烟气中焦油和尼古丁含量的重要因素™，CU25~39为中透气 度纸，低于25为低透气度纸，为了使纸张的透气度能保持在一个较髙值，实验选取阔叶木浆与针叶木浆的配比为7: 3。
2.4改性瓜尔胶在卷烟纸抄造中添加量的确定
碳酸钙是生产卷烟纸的重要原料之一，其在卷烟纸中添 加量一般为20%~40%之间因此在研究过程中，纸浆中 均添加35% (对绝干浆）碳酸钙。
讨论了阳离子、非离子瓜尔胶复配和单独使用自制两性 瓜尔胶对卷烟纸强度和透气度的影响，根据文献和工厂实际 应用情况|9'1(11，把非/阳离子复配中非离子瓜尔胶的添加量定 为0.3% (对绝干浆）。
由图5和图6可以看出纸张的抗张指数和透气度不能同 时达到最大值，且不论添加阳/非离子瓜尔胶还是两性瓜尔 胶，纸张的抗张强度都有一个先增大后减小的过程，透气度 也都有一个先减小后增大的过程。这表明当添加少量改性瓜 尔胶时，改性瓜尔胶被带负电荷的纤维表面吸附，成形时填 充于纤维之间，增大了纤维间的结合面积，同时助剂分子上的 众多基团与纤维表面上的基团彼此相互作用，在干燥过程中， 水分的蒸发为改性瓜尔胶与纤维素分子间的氢键和化学键的 形成提供了更多机会，从而使纸张的结合强度得以提高。当改 性瓜尔胶添加量继续增加时，会使体系中PCC等的留着率增
加，使纸张强度降低，透气度升高。
为了使纸张强度和透气度均能保持较好的效果，也从经济 效益考虑，本文选取复配中的添加量为：阳离子瓜尔胶0.1%, 非离子瓜尔胶0.3%,把两性瓜尔胶的添加量定为0.1%。
2.5两性.阳/非离子瓜尔胶在白水循环中的应用效果比较
由图7可以看出，随着白水循环次数的增加，白水浓度均 逐渐增加，这是因为白水中的填料、瓜尔胶助剂和细小纤维 会积聚，使白水浓度增加。
图8中，加入阳/非离子瓜尔胶的纸浆Zeta电位明显增 加，甚至接近于零而向正值转变，而添加两性瓜尔胶的纸浆 Zeta电位则相对稳定。这是由于未留着在纸张上的改性瓜尔 胶会留在白水中，随着循环次数的增加，浆料中的改性瓜尔 胶也会增加，阳离子瓜尔胶中带有阳电荷，会使湿部的Zeta电 位增加，而两性瓜尔胶的阴阳离子的基团几乎是1:1,所以即 使经过了多次白水循环，纸浆的Zeta电位也会基本保持稳定， 从而保证了湿部电荷的平衡。
由图9和图10所测纸张性能可以看出，由于循环白水中填 料颗粒、细小纤维和助剂的影响，纸张的强度和透气度变化 并没有规律，但是总体来说，随着白水循环次数的增加。
加入的是阳/非离子瓜尔胶复配，还是改性后的两性瓜尔胶， 纸张的强度都是升高的，透气度都是降低的，这可能是因为随 着白水的循环，抄纸时的瓜尔胶和细小纤维的量会增加，新型两性瓜尔胶的制备及其在卷烟纸中的应用研究，提高 了细小纤维的留着。纸张中细小纤维含量增加，会通过改善比 结合强度、增加纤维交叉部分的键合面积、提高纤维之间的结 合数量这三种方式，提高了纸张的强度。细小纤维的增加会 填补纸张中的空隙部分，从而降低了纸张的透气度[l5’W。
由图9、图10中也可以看出，添加两性瓜尔胶抄造的纸 张受白水循环的影响较小，不论是在纸张强度还是透气度方 面，在白水循环实验中，阳/非离子复配抄造的纸张性能比单 独加入两性瓜尔胶的纸张性能波动大。这是因为两性瓜尔胶 具有类似“抗离子干扰”的作用。两性瓜尔胶由于比阳离子瓜 尔胶多了阴离子基团，阴离子基团能对阳离子基团起保护作 用、消除“杂”阳离子，从而能稳定纸张的性能。
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