CN101935357A - 一种高增粘阳离子瓜尔胶的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种高增粘阳离子化瓜尔胶制备方法，其特征在于合成该高增粘阳离子化瓜尔胶的原料由以下组分组成，按重量计为：瓜尔胶2-12份；活化剂采用质量浓度为0.1-3％的无机碱的水溶液10-80份；有机溶剂10-50份；阳离子化试剂0.5-12份；疏水阳离子化试剂0.5-10份。本发明采用疏水化试剂和阳离子化试剂，利用瓜尔胶分子上的活性羟基通过大分子化学反应制备疏水改性阳离子化瓜尔胶。通过在瓜尔胶分子中引入长链的疏水烷基，利用其分子间的链缠结缔合作用形成物理交联网络，对瓜尔胶起到较好的增粘作用，减小阳离子化使分子量降低对产物性能的影响，大幅提高阳离子化瓜尔胶的增粘性能，作为环保涂料增稠剂、香波调理剂和增稠剂、造纸助留剂、污水处理絮凝剂等具有较好的应用前景。
Description
一.技术领域
本发明涉及一种水溶性聚合物的制备方法，属于高分子合成领域。
二.背景技术
瓜尔胶是一种从产于印度、巴基斯坦等地瓜尔豆种子的胚乳中提取得到的天然的半乳甘露聚糖胶，其分子是由以(1-4)-β-D-甘露糖为主链骨架，单个α-D-半乳糖为侧链，并以(1-6)键与主链相连而构成。瓜尔胶分散在水中，形成高粘度液体，1％溶液的粘度达5～6Pa·s，是目前发现的天然胶中粘度最高的，作为增稠剂、稳定剂、乳化剂被广泛用于石油开采、食品加工、日用化工、造纸、纺织以及医药等领域。
阳离子瓜尔胶是一类重要的功能性天然高分子材料，美国专利US4198253介绍了阳离子瓜尔胶的制备方法，并将其作为调理剂用于香波、洗手液、沐浴露，在造纸中做助留剂，在石油开采中做三次驱油剂。陕西科技大学赵艳娜，江苏化工，2007(35)，用相转移催化法制备了水溶性好的阳离子改性瓜尔胶。沈阳工业大学理学院马冰洁等，哈尔滨工业大学学报，2009(41)，以瓜尔胶为原料，3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵为醚化剂，氢氧化钠为催化剂，乙醇为溶剂，制备了季铵盐型阳离子瓜尔胶，考察了其制备条件。华南理工大学万小芳等，精细化工，2006(23)，合成新型助留助滤剂-阳离子羟乙基瓜尔胶，研究了阳离子醚化产物的粘度及氮质量分数的影响因素，确定了阳离子化反应优化条件，所得1wt％的阳离子瓜尔胶粘度可达3700mpa.s。在阳离子瓜尔胶制备和应用中发现，在碱性条件下的阳离化过程使瓜尔胶分子量降低，从而影响其增粘性能和使用效果。通过在瓜尔胶分子中引入长链的疏水烷基和季铵阳离子基团，利用其分子间的链缠结形成物理交联网络，可对瓜尔胶溶液起到一定的增稠作用，减小阳离子化使分子量降低对产物性能的影响。因此，通过分子设计及合成工艺研究，采用疏水化方法，获得高增粘的阳离子化瓜尔胶是本发明的关键。
三.发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足而提供一种高增粘阳离子化瓜尔胶的制备方法，其特点是采用疏水化试剂和阳离子化试剂，利用瓜尔胶分子上的活性羟基通过大分子化学反应制备高增粘阳离子化瓜尔胶，有效提高阳离子化瓜尔胶的增粘性。
本发明目的由以下技术措施实现，其中所述原料分数除特殊说明外，均为重量份数。
高增粘阳离子化瓜尔胶起始合成原料配方组分为：
瓜尔胶 2-12份
活化剂采用 质量浓度为0.1-3％的无机碱的水溶液10-80份
有机溶剂 10-50份
阳离子化试剂 0.5-12份
疏水阳离子化试剂 0.5-10份
其中，瓜尔胶可采用普通瓜耳胶，羟乙基瓜耳胶，羟丙基瓜耳胶中的任一种。
活化剂为氢氧化钠，氢氧化钾或碳酸氢钠中的任一种。
有机溶剂可采用乙醇、异丙醇、正丁醇、丁酮、二甲基亚砜中的的任一种。
阳离子化试剂可采用环氧丙基三烷基氯化铵，其烷基含碳原子数为1-5个。
疏水阳离子化试剂可采用环氧丙基三烷基氯化铵或氯代醇官能化的阳离子氮化合物，其烷基R1和R2含碳原子数为1-5个，R3含碳原子数为6-24个。
高增粘阳离子化瓜尔胶制备方法：
将瓜尔胶(GG)2-12份和有机溶剂10-50份加入带有搅拌器和温度计的三颈瓶中，机械搅拌0.5-2小时。在搅拌下缓慢加入浓度为0.1-3％活化剂水溶液10-80份，通氮气，升温至40-80℃，待GG溶胀0.5-2小时，疏水阳离子化试剂0.5-10份或阳离子化试剂0.5-12份/疏水阳离子化试剂0.5-10份，反应1-7小时，倾出产品，用盐酸中和至PH＝7-8，过滤，采用有机溶剂洗涤浸泡，除去残余反应物，在真空烘箱中于30-60℃干燥3-7小时。
高增粘阳离子化瓜尔胶的性能：
采用环氧丙基二甲基十六烷基氯化铵(DA16)，以羟丙基瓜尔胶(HGG)为基体进行疏水阳离子化接枝改性，研究制备了具有较高表观粘度的瓜尔胶。如图1所示，疏水阳离子羟丙基瓜耳胶存在一明显的临界缔合浓度(Cp*：0.6wt％)，在该浓度以下，随聚合物浓度增大，其表观粘度增加趋势缓慢；当聚合物浓度达到Cp*以上时，表观粘度迅速上升，表现出明显的增粘效应。1wt％的HGG-g-DA16溶液的表观粘度高达12057mpa.s，较纯HGG的粘度上升约4000mpa.s。
本发明具有如下优点：
本发明采用疏水化试剂和阳离子化试剂，利用瓜尔胶分子上的活性羟基通过大分子化学反应制备疏水改性阳离子化瓜尔胶。通过在瓜尔胶分子中引入长链的疏水烷基，利用其分子间的链缠结缔合作用形成物理交联网络，对瓜尔胶起到较好的增粘作用，减小阳离子化使分子量降低对产物性能的影响，大幅提高阳离子化瓜尔胶的增粘性能，作为环保涂料增稠剂、香波调理剂和增稠剂、造纸助留剂、污水处理絮凝剂等具有较好的应用前景。
四.附图说明
图1改性阳离子瓜尔胶表观粘度与聚合物浓度关系
五.具体实施方式
下面通过实施例对本发明进行具体的描述，有必要在此指出的是本实施例只用于对本发明进行进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，该领域的技术熟练人员可以根据上述本发明的内容对本发明作出一些非本质的改进和调整。
实施例1
将瓜耳胶(GG)30克和无水乙醇100克加入带有搅拌器和温度计的三颈瓶中，机械搅拌0.5小时。在搅拌下缓慢加入浓度为1％的NaOH水溶液800克，通氮气，升温至60℃，待GG溶胀1.5小时，缓慢加入100克的环氧丙基二甲基十二烷基氯化铵，反应0.5小时，再缓慢加入30克环氧丙基三乙基氯化铵，继续反应4小时，倾出产品，用冰醋酸酸中和至PH＝7，过滤。采用无水乙醇、丙酮洗涤浸泡，除去残余反应物，在真空烘箱中于60℃干燥3小时。
实施例2
将瓜耳胶(GG)120克和二甲基亚砜200克加入带有搅拌器和温度计的三颈瓶中，机械搅拌1.5小时。在搅拌下缓慢加入浓度为3％的KOH水溶液500克，通氮气，升温至80℃，待GG溶胀0.5小时，缓慢加入3-氯-2-羟丙基-辛烷基二甲基氯化铵40克，反应7小时，倾出产品，用盐酸中和至PH＝7，过滤。采用正己烷、丙酮洗涤浸泡，除去残余反应物，在真空烘箱中于30℃干燥5小时。
实施例3
将瓜耳胶(GG)80千克和丁酮500克加入带有搅拌器和温度计的三颈瓶中，机械搅拌2小时。在搅拌下缓慢加入浓度为1％的NaOH水溶液300克，通氮气，升温至50℃，待GG溶胀2小时，缓慢加入10克的环氧丙基二甲基己烷基氯化铵，反应3小时，再缓慢加入50克环氧丙基三甲基氯化铵，反应1小时，倾出产品，用盐酸中和至PH＝7-8，过滤。采用正己烷、正丁醇洗涤浸泡，除去残余反应物，在真空烘箱中于50℃干燥7小时。
实施例4
将瓜耳胶(GG)60克和异丙醇300克加入带有搅拌器和温度计的三颈瓶中，通氮气，机械搅拌1小时。在搅拌下缓慢加入浓度为0.2％的碳酸氢钠水溶液100克，升温至40℃，待GG溶胀1小时，缓慢加3-氯-2-羟丙基-二十烷基二乙基氯化铵70克，反应5小时，倾出产品，用稀硫酸酸中和至PH＝7-8，过滤。采用正己烷、无水乙醇洗涤浸泡，除去残余反应物，在真空烘箱中于70℃干燥4小时。
Claims (7)
1.高增粘阳离子化瓜尔胶，其特征在于合成该高增粘阳离子化瓜尔胶的原料由以下组分组成，按重量计为：
瓜尔胶 2-12份
活化剂 采用质量浓度为0.1-3％的无机碱的水溶液10-80份
有机溶剂 10-50份
阳离子化试剂 0.5-12份
疏水阳离子化试剂 0.5-10份
2.如权利要求1所述高增粘阳离子化瓜尔胶，其特征在于合成该高增粘阳离子化瓜尔胶所用瓜尔胶为普通瓜耳胶，羟乙基瓜耳胶，羟丙基瓜耳胶中的任一种。
3.如权利要求1所述高增粘阳离子化瓜尔胶，其特征在于合成该高增粘阳离子化瓜尔胶所用活化剂为氢氧化钠，氢氧化钾或碳酸氢钠中的任一种。
4.如权利要求1所述高增粘阳离子化瓜尔胶，其特征在于合成该高增粘阳离子化瓜尔胶所用有机溶剂为无水乙醇、异丙醇、正丁醇、丁酮、二甲基亚砜中的的任一种。
5.如权利要求1所述高增粘阳离子化瓜尔胶，其特征在于合成该高增粘阳离子化瓜尔胶所用有阳离子化试剂为环氧丙基三烷基氯化铵，其烷基含碳原子数为1-5个。
6.如专利要求1所述高增粘阳离子化瓜尔胶，其特征在于合成该高增粘阳离子化瓜尔胶所用疏水阳离子化试剂为环氧丙基三烷基氯化铵或氯代醇官能化的阳离子氮化合物，其烷基R1和R2含碳原子数为1-5个，R3含碳原子数为6-24个。
7.如权利要求1～6所述高增粘阳离子化瓜尔胶的制备方法，其特征在于该方法包括以下步骤：
将瓜尔胶(GG)2-12份和有机溶剂10-50份加入带有搅拌器和温度计的三颈瓶中，机械搅拌0.5-2小时，在搅拌下缓慢加入浓度为0.1-3％活化剂水溶液10-80份，通氮气，升温至40-80℃，待GG溶胀0.5-2小时，疏水阳离子化试剂0.5-10份或阳离子化试剂0.5-12份/疏水阳离子化试剂0.5-10份，反应1-7小时，倾出产品，用盐酸中和至PH＝7-8，过滤，采用有机溶剂洗涤浸泡，除去残余反应物，在真空烘箱中于30-60℃干燥3-7小时。
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