瓜尔胶作为一种天然的高分子化合物，水溶性和交联性很好，粘度较高。可以作为 纸张增强剂，填料和细小纤维的助留剂，纸浆脱水过程的助滤剂和纸张的粘合剂在造纸 工业上使用。但其水不溶物含量较高，水合速率较慢，因此，需要对瓜尔胶原粉进行改 性处理，以满足其在造纸工业上应用的需要。

　　

　　对瓜尔胶进行改性国内现在主要是进行单一基团的接枝反应，接多个基团的改性产 品很少。阴离子瓜尔胶主要以羧甲基取代基为主。磺酸基作为一种新的阴离子基团，在 改性瓜尔胶上应用的较少。由于磺酸基和相邻的碳原子形成的正负电荷中心和静电吸引 和排斥作用，使得磺酸基团具有一定的耐酸碱性和耐盐性。

　　

　　本论文对磺酸基羟丙基瓜尔胶的合成进行了探讨，以3-氯-2-轻基丙磺酸钠，瓜尔胶 原粉为原料，在碱性催化剂作用下采用湿法合成了磺酸基羟丙基瓜尔胶。首先通过环氧 氯丙烷与亚硫酸氢钠反应制备了 3-氯-2-羟基丙磺酸钠，然后再通过3-氯-2-轻基丙磺酸钠 与瓜尔胶原粉的反应来制备磺酸基羟丙基瓜尔胶。在3-氯-2-轻基丙磺酸钠合成过程中， 对反应时间、反应温度和反应物投料比进行了讨论，优化了合成工艺，得到的优化条件 为：将环氧氯丙烷滴加到亚硫酸氢钠中的时间为1.5h，反应温度控制在85°C，反应时间 2h,环氧氯丙烷与亚硫酸氢钠的投料比为1: 1.4的时候得到的产物的产率最高，为82.5%。

　　

　　在磺酸基羟丙基瓜尔胶的合成过程中，对碱性催化剂、温度、时间、3-氯-2-羟基丙 磺酸钠中间体用量进行了探讨，优化了合成工艺，得到的优化条件为：在瓜尔胶原粉为 60g的时候，反应温度为60°C,反应时间为3h，催化剂氧氧化钠用量为2.5g，3-氯-2- 羟基丙磺酸钠用量为3g。合成产物磺酸基羟丙基瓜尔胶在较佳合成条件下的指标：水不 溶物含量为5.34%，表观粘度为792mPa.s。采用红外光谱、扫描电镜、核磁图谱、DSC 曲线、XRD曲线对产物的结构进行了分析和表征，考察了外加盐、酸度、取代度等对 磺酸基羟丙基瓜尔胶粘度的影响。结果发现，随着外加盐浓度的增大，表观粘度逐渐减 小，表现出明显的聚电解质的通性；随着酸度的增大，表观粘度先增大到最大点，再逐 渐减小，但减小趋势趋于平缓，表明对酸的敏感程度远远大于对碱的敏感程度；随着取 代度的增大，水不溶物含量和表观粘度逐渐减小；随着剪切速率的增大，表观粘度逐渐 减小。

　　

　　通过磺酸基羟丙基瓜尔胶和硫酸铝进行复配，考察其作为造纸助剂对填料的留着率 的影响和对纸张强度的影响。在硫酸铝添加量为0.6%(相对于绝干浆)，改性瓜尔胶的添 加量为0.25%(相对于绝干浆)对填料的留着率和纸张强度都相对较好，比空白样有了明 显的提高，留着率大约提高了 40%。

　　

　　瓜尔胶（guar gum)作为一种天然高分子化合物，主产于印度和巴基斯坦干旱和半干 旱地区，为天然高分子化合物中水溶性最好的一种[u]。水溶性和交联性很好，粘度较高。 可以作为增强剂，稳定剂和粘合剂在工业中使用。在造纸、化工、石油开采、纺织印染和 医药领域都有应用。近年来人们对环境问题的重视程度越来越高，对于天然高分子化合物 的需求量越来越大。瓜尔胶作为从瓜尔豆中提取出来的一种植物胶，天然无毒，容易生物 降解，越来越成为人们关注的对象。通过对瓜尔胶进行化学改性，来改善其使用的性能。 国外对瓜尔胶的研究已经很深入了，在工业上的应用也相对较成熟。我国在上世纪七十年 代开始对瓜尔胶进行开发研究[1]。得益于现在分离技术的提高和应用领域的扩展，对瓜尔 胶改性和使用过程研究的越来越深入[2]。

　　

　　1.1瓜尔胶的来源和化学成分瓜尔胶提取于瓜尔豆的胚乳中，瓜尔豆种植于巴基斯坦和印度的干旱和半干旱地区。 瓜尔豆的果实由14%?17%的豆壳，35%?42%的胚乳和43 %?47%的胚芽组成。瓜尔 胶为瓜尔豆的胚乳部分经过清洗、烘干、粉碎、加压进行水解，采用20%的乙醇沉淀，采 用高速离心分离，最后烘干研磨除杂得到。市面上出售的瓜尔胶产品为白色或浅黄色的粉 末，可以自由流动。瓜尔胶的组成一般含75%?85%的多糖，8%?14%的水份，5%?6 %的粗蛋白质，2%?3%的粗纤维及0.5?1%的灰分。由于产地和加工方式的不同，组成 有所区别，粒度和粘度有所区别[3,4]。

　　

　　瓜尔胶主要种植于巴基斯坦和印度，美国在上世纪40年代也引种成功。目前瓜尔胶 的种植和后续加工主要在这三个国家，年产量在32万吨左右[5]。我国在上世纪70年代也 进行了引种，但产量和品质不是很好。但近几年在新疆的引种相对较成功，小区种植每亩 产量为220?240kg，大田种植每亩产量为150kg。在产量和品质上和国外的相差不是很大， 不过任然无法满足国内市场的需求，主要还是依靠进口[4—6]1.2瓜尔股的分子结构瓜尔胶是一种天然的多糖化合物，大分子的主链为D—吡喃甘露糖单元之间以（3(1 — 4)苷键连接的聚甘露糖，而半乳糖则是通过<1 一6)键连接在聚甘露糖主链上。甘露糖和半 乳糖则以2:1的比例组合。同时半乳糖在聚甘露糖的主链上不是均匀分布的。一般分子量 大约在20?30万[3]左右，由于产地和气候的不同，也有的分子量在100?200万。空间为 甘露糖在里面，半乳糖分布在外面的一种蜷曲的球形结构[4]。

　　

　　图1-1瓜尔胶的分子结构 Fig. 1-1 structure of guar gum图1-1表明，瓜尔胶在支链上面有四个羟基，可以参加酯化和醚化反应。但羧甲基上 的伯羟基由于空间位阻作用最小，反应活性最高。同时在主链上的轻基也有一定反应活性。 瓜尔胶为直链结构，淀粉为螺旋形结构，由于瓜尔胶和纤维素的结构更相似，所以两者的 结合更紧密[7]。

　　

　　表1-1瓜尔胶的化学组成 Tab. 1-1 the compositions of guar gum组成含量（％)

　　

　　半乳甘露聚糖8?82粗蛋白4?5粗纤维1.5—2灰分0.5 ?0.9醚萃取物（脂肪）0.5 ?0.75水分10 ?131.3瓜尔股的性质 1.3.1水溶性瓜尔胶在水中具有很好的溶解性，同时水也是唯一的通用溶剂。在冷水中经过两个小 时的水化作用就可以充分的溶解，溶液呈半透明状态。1%的水溶液的表观粘度在4000? 5000mPa_s之间，不过随着温度、产地、制备过程的不同，粘度也在变化，在天然植物胶 中粘度最大。冷水中两小时达到最大粘度的95%，十四小时达到最尚粘度。粘稠力比淀 粉大，差不多是五倍。通过加热能够快速的达到最大粘度。温度为85°C的时候，10m 最高粘度[5,8]。不过不能溶解在低碳的有机溶剂中，如乙醇，可以用来提纯和分离。

　　

　　瓜尔胶由于具有高分子量、较强的水合能力和不带电荷等特性，导致其具有卓越的增 稠能力。瓜尔胶比淀粉具有较强的增稠能力，大约是淀粉的5?8倍。瓜尔胶水溶液中添 加少量的硼砂能形成凝胶。用于片剂以及医用胶体配方、乳液、悬浮液、洗液、奶液和牙膏中。

　　

　　1.3.3流变性瓜尔胶水溶液的粘度很高，粘度和分子量的关系可采用Mark-llouwink-sakurada方程： h]=kMa来描述。但由于在对aWk的测定中存在困难，使方程的实际应用能力不强[9~]。

　　

　　和绝大多数天然的具有水溶性的高分子物质一样，瓜尔胶水溶液呈假塑性，不存在屈 服应力，为典型的缠绕生物聚合物的性质[1()，11]。

　　

　　S.Venkatalah[12]W究了瓜尔胶水溶液的流变性，认为可以通过Cross模型来描述其溶液 的流变性：if=n〇〇+(no-Ti?) / [1+(入 Y)m]这个方程可近似为：1 / T)=l / ri〇+〇Y)m / T)

　　

　　式中：rio, Tv为剪切速率Y分别为0和〇〇时的粘度；Ti Y为剪切速率为Y的时所显示的粘度; 入为对应的松弛时间；m是一个常数。

　　

　　方程式中的参数可以通过计算机来计算。

　　

　　通过尼乌斯公式来示温度和粘度的关系： ri〇=Aexp (Ea / RT )；式中：Ea为流动的活化能；A为指前因子；T为温度。

　　

　　Tjo和浓度的关系为：log (ri〇 / ri m〇i) — 1 =a log[n] + a log[c]式中：C是所在溶液的浓度；[n]是特性黏数。

　　

　　对于粘度异常的情况，可以用分子之间的氢键作用和流变学容积来解释。

　　

　　1.3.4稳定性瓜尔胶水溶液在80?95°C下保存一定时间，就会失去粘度[13]。在酶和细菌存在的条件 下容易分解。可以加入Na2S203 和NaN3[14]在瓜尔胶的水溶液中。Q.Wang[15]等在酸性条件 下研究了瓜尔胶的稳定性。温度为50°C时候，pH为3不水解，小于3部分水解。不过强 酸可以使其完全水解为单糖，如硫酸[16]或三氟乙酸[14]。

　　

　　1.3.5耐盐性瓜尔胶可以耐受一价态和多价态的盐类。水作为通用溶剂，也可以部分的溶于乙醇等 低级醇的水溶液中。可以耐受食盐的浓度为60%，不过其溶解度会有所下降在高价金s+k 中间。

　　

　　瓜尔胶分子链上由于有大量的羟基，可以和一些亲水性物质形成氢键，如淀粉。可以 把瓜尔胶和淀粉共煮来提高粘度。还可以和黄原胶、琼脂糖形成聚合物。瓜尔胶可以和黄 原胶之间形成一种协同作用，不过加入电解质可以破换这种作用[18]。

　　

　　1.4瓜尔胶的应用瓜尔胶具有优越的交联性和水溶性，优越的悬浮能力和增稠能力，同时对环境没有危 害，使其具有广阔的应用前景。瓜尔胶可以作为增稠剂和改良剂用在食品上。可以单独使 用或和其他助剂复配使用。瓜尔胶可以做为压裂液稠化剂在石油上使用，特别是非离子改 性瓜尔胶在石油上的应用非常普遍。可以作为纸张增强剂，填料和细小纤维留着剂，纸浆 脱水过程中的助滤剂和纸张的粘合剂在造纸上使用。对纸张没有不良的影响，可以提高纸 张的匀度，增加层间的结合强度。还可以使用在农药和化妆品中[19]。

　　

　　1.5瓜尔胶的化学改性1.5.1瓜尔胶化学改性的原理瓜尔胶虽然具有非常卓越的理化性质，但也存在一些缺点：（1)水不溶物含量高；（2)溶 解速度慢，不能快速溶胀水合；（3)黏度不易控制：（4)耐剪切性、耐电解质较弱。主要是由 于瓜尔胶大分子的卷曲的球形结构导致的，大量的羟基都是包裹在分子的内部，还会由于 氢键作用相互之间形成内部交联，阻止了水分子的进入，降低了其水溶性。在糖单元侧链 上的〇；羟基的活性最大，化学改性的几率也最大。邹时英[2()]通过对羟丙基瓜尔胶的研究， 认为在糖单元上取代基不是平均分布的。

　　

　　1.5.2瓜尔胶化学改性的方法为了加速瓜尔胶的水合速率，降低水不溶物含量，改善耐盐性，瓜尔胶原粉需要进行 改性处理。通过在结构上引入某个基团，瓜尔胶与某种试剂发生化学反应，生成一种衍生 物来对瓜尔胶进行化学改性。瓜尔胶改性方法众多[21]，主要分为四类：(1)接枝改性。在瓜尔胶大分子链上引入乙烯基单体，发生聚合反应，例如：烯酸、 甲基丙烯酰胺。

　　

　　(2)官能团衍生物改性。通过氧化反应，酯化反应和醚化反应在瓜尔胶上引入新的基 团。

　　

　　(3)酶降解法改性。通过酶的降解作用来改变瓜尔胶的性质。

　　

　　(4)交联法改性。

　　

　　通过与金属离子相互作用形成凝胶，如：硼、钛、锆。通常是对瓜尔胶进行官能团衍 生物改性。根据取代基的不同可以分为阳离子瓜尔胶、阴离子瓜尔胶、非离子瓜尔胶、两 性瓜尔胶。

　　

　　1.6改性瓜尔胶的合成和应用 1.6.1非离子改性瓜尔胶 1.6.1.1非离子改性瓜尔胶的制备采用NaOH作为催化剂，以乙醇和水为反应的介质，瓜尔胶和环氧丙烷反应制备非离 子羟丙基瓜尔胶。也可以通过瓜尔胶和氯代脂肪酸醚化反应制备[22]。

　　

　　邹时英等[2"]通过对羟丙基改性瓜尔胶的核磁图谱的分析，认为羟丙基是通过长链方式 和瓜尔胶相连的，不是均匀分布的。

　　

　　1.6.1.2非离子改性瓜尔股的应用非离子改性瓜尔胶可以作为油田的压裂液和钻井液使用，可以减少对地表的污染和伤 害[23]，具有较低的水不溶物含量和一定的电解质相容性。还可以通过和硼砂的交联作用提 高压裂液的稳定性[24,25]。

　　

　　非离子瓜尔胶具有非常低的BOD，易于生物降解，由于其中等程度的生物降解性能， 使之适合作为增稠剂和上胶操做使用到纺织上。

　　

　　非离子改性瓜尔胶具有较高的安全性，可以在牙膏中作为粘合剂，使膏体光滑细腻， 可作为CMC的替代品[26]。

　　

　　非离子改性瓜尔胶在造纸上的应用价值也很大。由于瓜尔胶和纤维分子的结构的相似 性，可以通过氢键作用和纤维结合，增加了纸张的结合强度，可以作为纸张增强剂使用[27]。 现在非离子改性瓜尔胶在卷烟纸上作为增强剂的应用价值已经得到了认可。在不改变阔叶 木浆和针叶木浆的比例的情况下，可以明显的提高纸张的强度，但对纸张的透气度没有影 响。陈卫平对非离子改性瓜尔胶作为卷烟纸増强助剂进行了研究，得出增强效果明显，同 时瓜尔胶自身的性质对增强过程是有一定的影响[28]。

　　

　　1.6.2 P曰离子改性瓜尔胶1.6.2.1 P曰尚子改性瓜■尔月父的制备阳离子改性瓜尔胶主要有季铵烷基醚和叔胺烷基醚两类。相比而言，季铵烷基醚改性 瓜尔胶的阳离子性更强，适应的pH值范围更广。阳离子改性瓜尔胶的制备过程，首先为 瓜尔胶原粉与氢氧化钠反应生成相应的钠盐，然后再与季铵盐醚化剂发生亲核取代反应。 主要的阳离子醚化剂有氯丙基三甲基氯化铵、环氧丙基三甲基氯化铵等[29]。

　　

　　阳离子改性瓜尔胶的制备过程按反应体系的状态分为三类：有机溶剂法，半干法，干 法。有机溶剂法的优点为设备简单，缺点是后处理困难，包括用大量的水洗涤和干燥，必 须添加抗凝胶剂等化学助剂。半干法作为一种新的制备方法相关文献中报道很少。干法工 艺简单，不过对设备的要求很高。

　　

　　1.6.2.2 P曰离子改性瓜尔胶的应用在化妆品领域中阳离子聚合物系列瓜尔胶应用已有二十多年的历史。它在湿发梳 面表现出杰出的功效，对头发具有柔软抗静电性[3()]。此外，在全球范围内高分子量的基硅油已在二合一香波中广泛的使用。阳离子改性瓜尔胶和高分子量的二甲基硅油复配使 用可以很好的调理发质，保持头发的色泽和健康。它具有以下特点：①与其它阳离子调理 剂相比在头发上有很高的吸附率；②无富集作用；③具有独特、卓越的配伍效果与高分子 量的二甲基硅油乳液一起使用；④头发动感，充满光泽。

　　

　　阳离子改性瓜尔胶在化妆品中作为功能添加剂使用，起到着色、保湿、防腐、润肤的 作用。阳离子改性瓜尔胶和皮肤毛发之间具有很好的相容性和亲和性。同时可以和烷基硫 酸酯复配使用，还可以作为牙科护理品。

　　

　　阳离子改性瓜尔胶对纸张匀度无太大影响，显着提高填料留着率，能有效改善助留， 不影响脱水。阳离子瓜尔胶溶液在使用的时候应稀释到质量分数的0.1%，用量一般为0.03 %?0.08%。可以添加到纸机的流浆箱和冲浆泵之前。将阳离子改性瓜尔胶和阳离子改性 淀粉配合使用，作用效果更明显，在使用过程不会产生“粉尘”现象，这是单独使用阳离子 改性瓜尔胶所不能避免的。“粉尘”对人体有巨大的危害[31]。阳离子改性瓜尔胶在造纸过程 中产生的助留助滤作用，可以通过添加硅酸来起到增效的作用[32]。

　　

　　王军利[33]通过在漂白硫酸盐浆中使用阳离子改性瓜尔胶，发现助留助滤效果明显。阳 离子取代度越高，效果越明显。在废纸脱墨浆中添加阳离子改性瓜尔胶，也有很好的助留 效果。添加量为0.05%时，作用效果明显，具有很好的助留作用，填料留着率与空白样比 较提高了约40.9%。对同时包括阳离子基团和非离子基团的活性羟基阳离子羟乙基改性瓜 尔胶[34]，水合作用能力更强，透光效果更好。在旧报纸浆中添加量为0.2%的时候，留着作 用效果明显，与空白样对比提高了 41%。

　　

　　王立军等[35]对阳离子改性瓜尔胶在纸浆中的作用效果进行了研究，取代度越高分子量 越低的阳离子改性瓜尔胶(HCG)，和浆料中溶解的胶体物质作用越明显。分子量越高，越 容易吸附于纤维上面。在废纸浆中加入一定量分子质量适当的HCG，对耐折度也有一定的 提高作用，能抑制纸张抗张强度和撕裂度的下降，还能有效控制微胶黏物含量。

　　

　　1.6.3阴离子改性瓜尔股1.6.3.1阴离子改性瓜尔股的制备多种阴离子基团可以作为阴离子改性瓜尔胶的醚化剂，有羧甲基，磺酸基和磷酸酯基。 反应是在碱性条件下进行的。干法制备阴离子改性瓜尔胶是把瓜尔胶原粉和氯乙酸混合， 在碱性条件下反应。由于是固体物质，导致搅拌困难，反应进行的程度很难控制，产物结 块严重。湿法制备阴离子改性瓜尔胶，先将瓜尔胶原粉和低级醇的水溶液混合均匀，再加 入一定量的氯乙酸，采用氢氧化钠作为催化剂进行反应。反应过程是在一个相对均一的状 态下进行的，不存在结块的现象。

　　

　　磷酸盐作为一种阴离子醚化剂，可以作为阴离子改性瓜尔胶制备过程的醚化剂。主要 有焦磷酸钠，三聚磷酸钠等磷酸盐。三聚磷酸钠的反应过程是在弱酸的条件下进行的[36]。 吉毅[18]等通过半干法制备了磷酸酯阴离子改性瓜尔胶。

　　

　　1.6.3.2阴离子改性瓜尔胶的应用阴离子改性瓜尔胶具有巨大的应用价值。羧甲基阴离子改性瓜尔胶中添加一定量盐，可以显着提高黏度。可以作为增稠剂使用。可以达到增溶增稠的效果，在日化和食品 上有巨大的应用价值。可以用作制造膏体洗面奶，具有保湿、光滑的效果，使皮肤滋润、 光滑、有光泽。在羟烷基阴离子改性瓜尔胶中加入低价态的金属离子，在增稠的过程中降 低了体系的热量，可以用在食品上来延长方便食品的保质期[37]。

　　

　　覃余敏等人[38]将羧甲基阴离子改性瓜尔胶作为印花糊料的增稠剂，在棉织物活性染料 上具有很好的作用效果，经过处理的织物手感柔软，牢度和色泽强度也能满足要求，可以 作为海藻酸钠的替代品。羧甲基阴离子瓜尔胶在纺织上也有应用。

　　

　　阴离子改性瓜尔胶在造纸上通常和阳离子改性瓜尔胶一起使用，比单独添加阳离子改 性瓜尔胶助留效果有明显的提高。在使用阴离子瓜尔胶的时候纸张的耐着度提高明显，添 加量一般为成纸的0.2%?0.4%[39]。磷酸盐阴离子改性瓜尔胶可以作为纸张表面施胶剂， 改善了纸张表面性能，可以减少耐油纸制备过程中氟树脂的用量[4()]。

　　

　　1.6.4两性离子改性瓜尔胶 1.6.4.1两性离子改性瓜■尔月父的制省'两性离子改性瓜尔胶指在瓜尔胶大分子链上即包括阴离子基团，又包括阳离子基团的 瓜尔胶改性产品。它一方面兼具高分子多糖来源丰富、易生物降解，另一方面具有絮凝、 降阻、增稠等功能。同时这类改性瓜尔胶衍生物表现出优越的流变性和溶液性质。在造纸、 石油、医药和纺织上都有应用。

　　

　　阴离子基团主要有磺酸基、羧酸基和磷酸基三类。阳离子基团主要有铵基、氨基和锍 基，优选季铵盐基团。两性离子改性瓜尔胶分为两类：(1)阴、阳离子在瓜尔胶大分子链上的不同位置的改性产品阴离子基团和阳离子基团可以同时引入，也可以先后引入。可以先引入阴离子基团， 后引入阳离子基团；也可以先引入阳离子基团，后引入阴离子基团。阴离子基团和阳离子 基团也可以同时引入。在制备高取代度两性瓜尔胶衍生物的方法[41]一文中介绍了两性离子 改性瓜尔胶的制备过程。

　　

　　(2)阴、阳离子在瓜尔胶大分子链上的相同位置的改性产品通常是将阴、阳离子试剂预先混合反应生成两性中间体离子来合成此类两性瓜尔胶， 如C1CH2CH2N(C2H5)CH2P032% ClCHbCI^N^RJCOCr等，而后与瓜尔胶作用，形成两性瓜尔胶衍生物。

　　

　　两性离子改性瓜尔胶的制备过程分为湿法工艺，干法工艺和半干法工艺。

　　

　　湿法工艺分为有机溶剂法和水法两类。有机溶剂法是采用有机溶剂作为反应的媒介， 将瓜尔胶原粉分散在有机溶剂中，在碱性条件下和醚化试剂反应。反应容器相对较大，有 机溶剂后续处理困难，成本较高，工业化应用困难。水法分为浆法和糊法。糊法由于反应 物粘度较高，反应试剂进入瓜尔胶内部困难，应用价值较小。浆法不需要糊化瓜尔胶，不 过需要添加抗凝剂，如NaCl、Na2S04，后续处理困难[42 43]。

　　

　　干法是在基本无水的条件下高温反应，不需添加抗凝剂，工艺简单。但缺点是反 混合不均匀，存在瓜尔胶的高温降解。

　　

　　半干法是间于湿法和干法的一种合成方法，瓜尔胶原粉处于半干不湿状态下与醚化试 剂反应。反应条件温和，转化率较高。

　　

　　1.6.4.2两性离子改性瓜尔胶的应用两性离子改性瓜尔胶的应用效果要明显好于普通的阴离子、阳离子改性瓜尔胶。两性 离子改性瓜尔胶具有类似“抗离子干扰”的作用。其电荷为近中性，可以适应广泛的pH范 围。可以用作酸性和中碱性抄纸过程。通过和阳离子PAM，阳离子改性瓜尔胶对比，两性 离子改性瓜尔胶对阴离子杂质的灵敏度最低[4<)]。

　　

　　Harm.Benninga[44]公开了一种两性离子改性瓜尔胶的制备方法。在防水膜纸的生产过程 中添加。可以降低薄膜纸张的水溶性，增加微小颗粒在水溶液中分散的稳定性。

　　

　　Dasgupta Sunil P[45]通过研究发现阳离子和阴离子瓜尔胶的混合物作为强度添加剂能 提高纸张的干强度而不降低其柔软度。

　　

　　高分子减阻剂在工业上有巨大的应用价值，在流体中添加少量的减阻剂可使流体通过 固体表面的阻力大幅度的减小。Mesick通过研究得出，两性物质作为减阻剂的作用效果最 好[46]，两性离子改性瓜尔胶由于具有相应的特征性质，可以作为减阻剂在工业上使用。

　　

　　1.6.5选题的目的及意义瓜尔胶作为天然高分子化合物，无毒，容易生物降解，具有较高的粘度，物理化学性 质都适合作为功能材料来使用。对于环境也没有什么危害，可以用来作为不可再生资源的 替代品，对于解决现在的环境污染问题可以提供很好的帮助。瓜尔胶作为纸张的干强剂和 湿强剂，填料和细小纤维的留着助剂，纸张成型过程的助滤助剂，污水处理过程的絮凝剂， 纸浆打浆过程的增粘剂在造纸工业上使用。对于瓜尔胶的改性研究国内起步相对较晚，和 国际先进水平还有一定的差距，需要对其做更进一步的研究。

　　

　　本课题属于造纸化学品的研究领域，经过对瓜尔胶的化学改性，作为造纸过程助剂的 应用越来越多，瓜尔胶和纤维具有相似的分子结构，易与纤维分子结合，即使在阴离子垃 圾很多的情况下仍能有效地吸附到纤维上发挥作用而产生助留助滤和增强的效果。瓜尔 胶己成为性能优越的环保型助剂，相对于合成的助剂有巨大的优势。可以通过对瓜尔胶改 性的进一步的研究来扩大其应用的范围，减少合成助剂的使用，来保护环境。

　　

　　1.6.6本论文研究的内容瓜尔胶的改性国内现在主要是进行单一基团的接枝反应，接多个基团的改性产品很 少。阴离子瓜尔胶主要以羧甲基取代基为主。磺酸基作为一种新的阴离子基团，在瓜尔胶 的改性上应用较少。磺酸基改性瓜尔胶具有很好的耐酸碱性、耐盐性、透明度。除了与其 亲水性的结构特点有关，最主要的是体现在分子内的正负电荷中心。磺酸基瓜尔胶的磺酸 基官能团中带有部分负电荷，3-氯-2-羟基丙磺酸钠上与其相邻的碳原子就带有部分正电 荷，形成一个既有正电荷又有负电荷的正负电荷中心。对于负离子基团，通过静电引力作 用和正电荷的碳中心结合，需要通过正电荷的碳中心邻位的羟基的桥连作用才能结 去，不过稳定性较差，不能牢固的结合上去，导致负离子基团容易脱落，Off作为负 基团，同时受到硫离子的排斥作用，在两种作用的共同作用下，表现出一定的耐碱性。对 于正离子基团，主要是和硫离子负电荷中心相互作用，不过阳离子电荷的引入，对于负电 荷中心的电荷的影响作用很小，但对于正电荷中心的影响作用相对较为明显，会使正电荷 中心的正电荷数量急剧增加，导致阳离子基团与负电荷中心的相互吸引作用小于和正电荷 中心的相互排斥作用，对于金属离子和H+’表现为耐盐性和耐酸性。可作为乳化剂、分散 稳定剂和增稠剂，应用于药物、造纸、石油和纺织领域[47]。通过引入极性基团羟烷基来制 备非离子改性瓜尔胶，提高了瓜尔胶的亲水性，降低了水不溶物含量，加快了水溶速率[48]。 在实际应用中不需要经过前期的处理，可以扩大产品的使用范围，节约成本。

　　

　　3-氯-2-羟基丙磺酸钠分子结构中既含有活性较强卤原子和羟基，又含有亲水性的磺酸 盐基团，是合成高聚物工业中重要的功能单体，也可用作有机化工中间体，用于制备表面 活性剂、改性淀粉、钻井液降失水材料[49_5()]。由于淀粉和瓜尔胶具有相似的结构，瓜尔胶 也可以通过接枝反应与3-氯-2-轻基丙磺酸钠分子进行反应。磺酸基羟丙基瓜尔胶由于即具 有磺酸盐基团，又具有非离子基团，从理论上可以达到一定的耐盐性和耐酸碱性和较低的 水不溶物含量，可以扩展其应用的范围，提高其使用的效率。

　　

　　本课题主要研究内容：⑴将环氧氯丙烷逐滴加入亚硫酸氢钠来制备3-氯-2-羟基丙磺酸钠中间体，同时对反应 温度、反应时间、亚硫酸氢钠和环氧氯丙烷的用量比的变化情况进行了研究，来探讨最佳 的工艺条件。通过红外光谱对产物的结构进行表征。

　　

　　⑵以3-氯-2-羟基丙磺酸钠，瓜尔胶原粉为原料，以氢氧化钠为催化剂，采用湿法合成 了磺酸基羟丙基瓜尔胶。同时对温度、时间、用量等的变化情况进行探讨，来确定最佳的 工艺条件。采用红外光谱、扫描电镜、核磁图谱、DSC曲线、XRD曲线对改性瓜尔胶的 结构进行了表征。

　　

　　⑶对改性瓜尔胶水溶液的流变性，耐盐性等进行了研究。

　　

　　⑷通过把硫酸铝与磺酸基羟丙基瓜尔胶进行复配，用在纸张抄造过程来考察了其对填 料的留着率，纸张的强度的作用效果。