详细介绍新型的一种天然造纸助剂——瓜尔胶
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发布时间：2022-04-26 16:04
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时间：2023-10-13 09:31
[1]。属于天然半乳甘露聚糖，品质改良剂之一，一种天然的增稠剂。外观是从白色到微*的自由流动粉末，能溶于冷水或热水，遇水后及形成胶状物质，达到迅速增稠的功效。主要分为食品级和工业级（油田使用的属于工业级）两种。一般出口包装是25KG/袋，外层牛皮纸，内层PE薄膜袋。广泛用于石油压裂、钻井等增稠目的，以及食品添加剂，印染和建筑涂料等行业。瓜尔胶是已知的最有效和水溶性最好的天然聚合物。在低浓度下，可形成高粘稠溶液；表现出非牛顿流变特性，与硼砂形成酸可逆凝胶由于它的独特性能，目前已应用于食品、制药、化妆品、个人保健、石油、粘蚊剂、造纸和纺织印染等行业。
编辑本段性能
• 溶解性 在冷水和热水中有出众的分散能力，不会产生结团现象，提高了制造和生产操作的方便。 • 高盐和PH值相溶性 在广阔的PH范围都能迅速膨胀和溶解，即使在盐分含量很高的体系中，仍然保持稳定。 • 化学结构 由于氮含量均匀分布，比同类产品更具亲和力，能在吸附于头发后呈现优良的抗静电性和调理作用，改善头发的湿梳性，使头发长期保持光泽、柔软、富有弹性。 • 柔和性 对皮肤和眼睛极温和，并能减缓配方产品中表面活性剂的刺激性。 • 相容性 与阴离子、两性离子和表面活性剂有良好的相容性，可用于各类表面活性剂的产品中。 • 增加颗粒的沉积 在配方中使用时与高分子硅油和去屑剂有携带和协同作用，并提高泡沫的丰满程度和稳定性。
编辑本段用途
护发
用作头发及皮肤的调理剂、抗静电剂及增稠剂，适用于洗发香波、护发素。
造纸助剂
研究表明,瓜尔胶能适应现代工厂零排放的要求,在提高纸页留着和滤水的同时能保持或提高纸页匀度,是一种前景广阔的环保助剂。
编辑本段分子结构
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(1-4)苷键连接。而D-吡喃半乳糖则以α(1-6)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2∶1,即每隔一甘露糖单元连接着一个半乳糖分支。文献中报道,瓜尔胶的分子量在220000左右。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(substantivity)。
编辑本段发展历程
瓜尔胶的最初出现是作为刺槐豆胶(Locustbeangum)的替代品而产生的。在此之前,刺槐豆胶被广泛应用于工业生产并造成了需求紧张。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。除此之外,瓜尔胶的成本仅是刺槐豆胶的一半。 瓜尔胶直链上没有非极性基团,大部分伯羟基和仲羟基都处在外侧,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。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。如用季铵盐3-氯2-羟丙基氯化铵与瓜尔胶原粉在有机溶剂中醚化反应生成阳离子瓜尔胶。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、助滤和增强效果。另一改性方向便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。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。它们在提高滤水的同时可能使纤维过度凝聚,从而降低纸页匀度和强度。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。但它的缺点便是造成滤水困难,从而降低了产量或提高了干燥部负荷。而经过化学改性的两性或阳离子瓜尔胶则在很大程度上克服了这一弊病。实验发现,这些改性的瓜尔胶能在提高纸页滤水的同时保持或提高纸页匀度;通过吸附细小纤维和粒子可以进一步改善滤水,同时提高一次留着率。而在过去,这两方面都是互斥的。 由于阳离子瓜尔胶的有效性主要取决于它与纤维的亲和性(即直接性),所以它并不与“阴离子垃圾”反应。鉴于这一点,阳离子瓜尔胶在黑液的存在下仍能有效地发挥作用。对于新闻纸、未漂硫酸盐浆、废纸浆等含有较多杂质的浆料,随着封闭水循环的推广,阴离子垃圾的积累将显著增加。这便会使得许多传统的造纸助剂如阳离子聚丙烯酰胺(CPAM)等失去作用效果。阳离子瓜尔胶可以有效地克服这一点。实验研究发现,阳离子瓜尔胶在Zeta电位从-8mV到0mV范围内效果最好。该Zeta电位范围与绝大部分造纸过程相吻合。
编辑本段使用优点
• 在2合1香波配方中的表现 使用配方完全一样的2合1香波体系，包含有阳离子调理剂，硅油和相同的表面活性剂。香波中含有阳离子瓜尔胶及作为比对的国内外常用同类调理剂A、B、C，结果显示含阳离子瓜尔胶的体系性能和其它产品类似，不同的地方如下：在湿梳理和湿发感觉上，阳离子瓜尔胶优于A聚合物香波；在干梳理方面，优于B聚合物香波；在湿梳理和泡沫量上，优于C聚合物香波。 • 阳离子瓜尔胶具有更少的积聚性和更好的亲和能力 聚合物对头发的调理作用是在头发被冲洗时发生，被使用后头发具光泽，有回复自然的感觉。同没有调理剂的一般香波比较，含有调理剂的香波往往会使干发体积减少（头发紧贴头皮，不蓬松），从原理上讲，使用调理剂后干发的梳理阻力减少得越多，头发的蓬松度越差，说明该聚合物有积聚行为。试验得知；阳离子瓜尔胶通过10次反复洗涤，仍然保持头发的丰盈程度，而不是越来越沉重，紧贴头皮。说明该聚合物具有更少的积聚性。消除了长期使用后有积聚、沉重、发粘和头发枯萎的负面影响。 • 增加头发的光泽和健康 使用阳离子瓜尔胶聚合物的香波体系，能增加活性成分硅油和ZPT在头发上的停留，使头发呈现光彩和健康，保持易梳理、光亮和无静电特征。 • 提高配方的稳定性 由于阳离子瓜尔胶具有悬浮、乳化的功能，当配方中硅油含量较高时，能起到悬浮和携带的作用，帮助在香波配方中稳定硅油。
编辑本段安全性
• 阳离子瓜尔胶经动物试验证实为无毒，特别在化妆品浓度质量分数为0.5～.8%范围内更安全
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时间：2023-10-13 09:32
关键词:造纸助剂;瓜尔胶;阳离子瓜尔胶;助留助滤
瓜尔胶,英文名为“guargum”,是从广泛种植于印巴次*的一种豆科植物——瓜尔豆中提取的一种高纯化天然多糖。由于其独特的分子结构特点及天然性,使其迅速成为性能优越的新型环保造纸助剂;同时它还被广泛应用于食品、石油、医药等领域。
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(1-4)苷键连接。而D-吡喃半乳糖则以α(1-6)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2∶1,即每隔一甘露糖单元连接着一个半乳糖分支。文献中报道,瓜尔胶的分子量在220000左右。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(substantivity)。
瓜尔胶的最初出现是作为刺槐豆胶(Locustbeangum)的替代品而产生的。在此之前,刺槐豆胶被广泛应用于工业生产并造成了需求紧张。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。除此之外,瓜尔胶的成本仅是刺槐豆胶的一半。
瓜尔胶直链上没有非极性基团,大部分伯羟基和仲羟基都处在外侧,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。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。如用季铵盐3-氯2-羟丙基氯化铵与瓜尔胶原粉在有机溶剂中醚化反应生成阳离子瓜尔胶。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、助滤和增强效果。另一改性方向便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。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。它们在提高滤水的同时可能使纤维过度凝聚,从而降低纸页匀度和强度。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。但它的缺点便是造成滤水困难,从而降低了产量或提高了干燥部负荷。而经过化学改性的两性或阳离子瓜尔胶则在很大程度上克服了这一弊病。实验发现,这些改性的瓜尔胶能在提高纸页滤水的同时保持或提高纸页匀度;通过吸附细小纤维和粒子可以进一步改善滤水,同时提高一次留着率。而在过去,这两方面都是互斥的。
由于阳离子瓜尔胶的有效性主要取决于它与纤维的亲和性(即直接性),所以它并不与“阴离子垃圾”反应。鉴于这一点,阳离子瓜尔胶在黑液的存在下仍能有效地发挥作用。对于新闻纸、未漂硫酸盐浆、废纸浆等含有较多杂质的浆料,随着封闭水循环的推广,阴离子垃圾的积累将显著增加。这便会使得许多传统的造纸助剂如阳离子聚丙烯酰胺(CPAM)等失去作用效果。阳离子瓜尔胶可以有效地克服这一点。实验研究发现,阳离子瓜尔胶在Zeta电位从-8mV到0mV范围内效果最好。该Zeta电位范围与绝大部分造纸过程相吻合。
国外对瓜尔胶作为造纸增强剂、助留助滤剂、絮凝剂、打浆增粘剂等领域都进行了深入的研究。许多成果应用于造纸实践中。Lindstrom和Soremark将高分子助剂被浆料吸收并发挥作用的过程分为三步:
①助剂高分子从溶液向溶液—纤维界面迁移;
②穿过界面;
③助剂高分子与纤维重新组织分布并在表面形成氢键结合。
②或③是决定性步骤。
DerekAbson等人在此基础上对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实验研究。他们发现,步骤①是决定性一步。在4种阳离子助剂中,虽然阳离子瓜尔胶第①步的迁移吸收速率最慢,但无论对细小纤维还是填料,其助留助滤效果都是最好的。
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。Mason认为瓜尔胶作为絮凝剂时会覆盖于纤维表面,并像润滑剂一样使粗糙表面平滑,从而使纤维滑过时不产生缠结。JohnW.Swanson也认为瓜尔胶使纸页匀度改善并不是因为它对纤维有分散作用,而是因为延缓了纤维的凝聚和缠结。
瓜尔胶使用简单,不需要单独溶解设备,没有分子链的剪切降解问题,无毒无害。阳离子瓜尔胶也可以与阳离子淀粉及合适的有机酸混合后作为增强和助滤剂,它比单独使用阳离子瓜尔胶或阳离子淀粉效果都好。随着对瓜尔胶研究的深入,这种天然的高分子造纸助剂必定会在现代化的造纸工业中发挥更大作用。
以上由东莞市澳达化工提供
