20世纪90年代以前，我国生产的卷烟纸透气 度和拉力偏低，甚至无法上机使用。20世纪90年代 后国外的造纸化学品公司纷纷将其产品推入中国， 使得我们有机会优选各种增强剂和助留剂。现在国 内外所销售的增强剂和助留剂主要是与纤维结构 相近似的产品，主要产品有：改性淀粉、瓜尔胶和羧甲基纤维素等。

　　

　　瓜尔胶是最近10年兴起的造纸增强剂和助 留剂。其原料取自印度、巴基斯坦的天然瓜尔豆 胚乳[1]，为天然绿色添加剂，在食品工业广泛使用， 主要成分为半乳甘露聚糖，能够在水中溶胀而不 引起化学或者物理改性。

　　

　　瓜尔胶的每个单糖平均有3个活性羟基，在化学改性上起到重要作用，并产生独特的交联性能， 提高了纤维保留率和纸张强度。增强剂为羟丙基 非离子型改性产品，具有极强的纤维分散能力和纸 页成形能力，可在不影响成纸的透气度条件下提高 纸页的干强度。助留剂为季铵盐阳离子型改性产 品，带有阳电荷极易与纤维和填料发生静电吸引作 用，产生絮凝现象，这种絮凝作用会将浆内的细小 纤维和填料包裹在微絮凝团中，改善滤水性，达到助 留助滤的目的[2_6]。

　　

　　目前文献资料介绍阳离子瓜尔胶的合成方法， 主要是采用溶剂法，以瓜尔胶原粉为原料，采用乙醇 或异丙醇作为分散剂，使其分散其中形成浆状，加入 催化剂和阳离子醚化剂，在一定温度和时间内进行 反应，之后加入酸进行中和反应，再后用乙醇洗涤、 过滤、干燥、粉碎、筛分、均质得产品[7_8]。整个合成工 艺要经过二步完成，首先将胚乳片通过水合、增黏、 粉碎加工成原粉，再经过上述醚化反应制得阳离子 瓜尔胶。

　　

　　本文提出一种全新的一步合成方法，直接以瓜 尔胶胚乳片作为初始原料，使用阳离子醚化剂对其 进行Williamson醚化反应，获得阳离子瓜尔胶。这个 方法的主要优点在于，将瓜尔胶原粉的生产与瓜尔胶瓜儿胶-(OH)? + raNaOH- 瓜儿胶-(0_Na*)? + JiClCHjH CH2N+(CH3)3C1- — OH向反应釜中依次加入瓜尔豆胚乳片、热氢氧化 钠溶液，向反应釜夹套中通入热水保温，开启搅拌 使胚片充分溶胀，完成碱化反应。然后加入醚化剂 3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵和相转移催化剂溴化 十六烷基三甲胺，在一定反应温度和反应时间的条 件下完成醚化反应，之后使用盐酸溶液中和。产品 经乙醇溶液洗涤，干燥，粉碎得到阳离子瓜尔胶。

　　

　　1.3分析检测结构测定：使用傅立叶红外光谱仪对合成后的 阳离子瓜尔胶进行结构测定。分别取瓜尔胶和阳离 子瓜尔胶5 mg和固体氯化钾100 mg均匀混合，并 取混合物40 mg压片，在室温下，使用红外光谱仪对 4 000?400 cm-1范围内扫描。

　　

　　黏度测定：黏度的测定按行业标准2246— 1997执行。

　　

　　水不溶物测定：水不溶物的测定按行业标准SY/的化学改性合二为一，极大地简化了工艺流程；以水 媒介代替有机溶剂媒介，减少了化学试剂的消耗，降低 生产成本的同时，提髙了生产过程中的安全性。一步 法流程如下：胚乳片+水合同时醚化反应+洗 漆—■燥—?■粉碎—?筛分均质得成品。

　　

　　1实验1.1主要材料瓜尔豆胚乳片，印度产，脱壳率93%,初始氮含 量0.72%;醚化剂，3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵， 工业级，质量分数65%;相转移催化剂，溴化十六烷 基三甲胺，工业级;氢氧化钠，工业级;盐酸，工业级。 1.2合成工艺反应机理是Williamson酿化反应，反应过程分2 步，首先瓜尔胶分子上羟基与氢氧化钠生成醇钠，然 后再与醚化剂发生双分子亲核取代反应。由于反应原 料是较厚且坚硬的瓜尔豆胚乳片，所以需要热的氢氧 化钠水溶液进行水合，不仅起到活化羟基的作用，而 且起到软化胚乳片的作用，这样有利于阳离子醚化剂 进入胚乳片内部。在这反应中，不使用有机溶剂，唯一 的介质是水。

　　

　　反应过程如下：，瓜儿胶-(〇-Na”? + raHjO ■瓜儿胶-[0CH2 CH CH2N*(CH3)3Cl-]? + TiNaCl OHT 5764—2007 执行。

　　

　　取代度测定：使用75%的乙醇多次洗涤阳离 子瓜尔胶，除去杂质，然后采用凯氏定氮法确定阳 离子瓜尔胶的含氮量N%，采用同样的方法测定原料 瓜尔胶胚乳片的氮含量，作为Nfl%。使用下式计算取 代度DS。

　　

　　DS=162x(N-N〇)xlOO/[l 400-151.5X(N-N〇)X100] 式中：162是半乳甘露聚糖分子中1个单糖的相对分 子质量，1 400为N相对原子质量14xl00，151.5是 阳离子取代基相对分子质量。

　　

　　2结果与讨论2.1红外光谱图图2和图3分别为瓜尔胶及阳离子瓜尔胶的 红外谱图。

　　

　　图3阳离子瓜尔胶红外谱图对比图2和图3可看出，阳离子瓜尔胶除了具 有瓜尔胶原粉的特征吸收峰，在波数为1479 cnr1 出现了一吸收峰。这是季铵基团上碳氢键伸缩振动 吸收峰。这些特征峰的出现表明季铵基团成功引入 到瓜尔胶上，使之变成了阳离子瓜尔胶，从而证实 了胚乳片改性制备阳离子瓜尔胶是可行的。

　　

　　2.2影响因素对影响产品性能的主要因素进行了考察，包括 氢氧化钠用量、醚化剂用量、醚化反应温度、醚化反 应时间等，以上各因素都会影响阳离子瓜尔胶的反 应程度以及产品黏度，而且各因素间存在着相互作 用。在这里通过一组正交试验来研究这些因素及其 相互作用对反应的影响。

　　

　　反应的其他因素固定如下：水用量，TO(水）： 胚乳片)=1 : 1;碱溶解在热水中，水温度在90? 95碱化反应时间，为5 min;中和反应时间，为5min;中和反应盐酸用量，w(氢氧化钠）：m(盐酸)= 1 : 1.42,其中盐酸浓度为30%，稀释盐酸的水量为 胚乳片质量的20%。

　　

　　表1为合成反应正交实验表。

　　

　　表1合成反应正交实验表因素水平m(氢氧化钠）： m(胚乳片）m(醚化剂）： m(胚乳片）醚化反应 温度/V醚化反应 时间/min10.08 ： 10.40 ： 140 ?453020.10 ： 10.50 : 145 ?504530.12 : 10.60： 150 ?5560在实验条件范围内，就黏度而言，4个因素的影 响顺序为：醚化剂用量、醚化反应温度、氢氧化钠 用量、醚化反应时间。最优参数为：m(氢氧化钠）： m(胚乳片）=0.12 : l,m(酿化剂）：m(胚乳片）= 0.50 : 1，醚化反应温度50?55 "t，醚化反应时间 45 min。

　　

　　就取代度而言，4个因素的影响顺序为：氢氧化 钠用量、醚化剂用量、醚化反应温度、醚化反应时 间。最优参数为：m(氢氧化钠）：m(胚乳片）= 0.12 : l，m(醚化剂）：m(胚乳片)=0.50 : 1,反应温 度45?50醚化反应时间60 min。

　　

　　就黏度和取代度2个技术指标而言，氢氧化钠 用量和醚化剂用量是一致的，但是醚化反应温度和 醚化反应时间存在差异。下面固定其他条件，分别 改变碱的用量、相转移催化剂、阳离子醚化剂用量、 反应温度和醚化反应时间来进一步确定这些参数。 2.2.1氢氧化钠用量对产品性能的影响表2氢气化钠用量对产品性能的影响(氢氧化钠）：胚乳片）

　　

　　0.06 ： 10.08 ： 10.10 ： 10.12 ： 10.15 ： 10.18 ： 1黏度/(mPa.s)365037803940410038903600水不溶物/%7.505.393.292.752.672.24取代度0.0150.0240.0590.0680.0620.059表2为氢氧化钠用量对最终产品性能的影响 结果。

　　

　　氢氧化钠与胚乳片质量比从〇。〇6 : 1到0.18 :1,黏度变化不大，这符合上述正交试验的结论。在4 个影响因素里，碱量对产物黏度的影响排在第3 位。水不溶物随碱量的增加下降较快。碱的使用除 形成醚化反应活化中心，还起到破坏瓜尔胶分子的 结晶区，使得大分子伸展，有利于水合，因此对降低 水不溶物起到促进作用。取代度的增加由于能起反 应的活性点随碱量增加而增加，致使反应的程度加 大。因此碱量的变化是影响取代度的首要因素。在 此选择氢氧化钠/胚乳片质量比0.12 : 1。

　　

　　2.2.2醚化剂用量对产品性能的影响表3为醚化剂用量对最终产品性能的影响结果。

　　

　　m(醚化剂）：m(胚乳片）

　　

　　0.20 ： 10.25 ： 10.30 ： 10.40 ： 10.50 : 10.60 ： 10.65 ： 1黏度/(mPa.s)4850480046004100410037503500水不溶物/%5.505.093.572.752.202.202.21取代度0.0300.0270.0350.0620.0680.0700.070表3醚化剂用量对产品性能的影响由表3可知，醚化剂用量的变化对黏度和氮含量 的影响均较大，黏度随阳离子醚化剂用量的增加而降 低，而取代度随阳离子醚化剂用量的增加而提高。当 醚化剂与胚乳片质量比超过0.40 : 1后，取代度超过 1.2%,反应进行程度较好。在此选择醚化剂与胚乳片 质量比0.50: 1。

　　

　　2.2.3醚化反应温度对产品性能的影响表4为醚化反应温度对最终产品性能的影响结果。

　　

　　表4醚化反应温度对产品性能的影响醚化反应温度/?〇

　　

　　ix Hb40 ?4545 ?5050 ?5555 ?60黏度/(mPa-s)4520410040003600水不溶物/%5.322.202.322.75取代度0.0600.0700.0680.059由表4可知，醚化反应温度对产物的黏度影响 较大，在55?60 T范围内，黏度下降较多，而且从 反应热力学角度而言，本反应属于放热反应，因此 较高的温度不利于反应进行。在此选择45?50 T 作为最佳反应温度。

　　

　　2.3.4酸化反应时间对产品性能的影响表5为醚化反应时间对最终产品性能的影响 结果。

　　

　　表5醚化反应时间对产品性能的影响醚化反应时间/minIX It30456075黏度/(mPa-s)4150410040003800水不溶物/%3.982.202.432.38取代度0.0560.0700.0720.068由表5可知，醚化反应时间在这4个影响因素 中对产物的黏度、水不溶物和取代度影响作用相对 较小。控制在60 min以内，3项技术指标均较好，在 此选择45 min作为醚化反应时间。

　　

　　3结论一步法合成工艺条件如下：氢氧化钠、醚化剂与 胚乳片质量比分别为0.12 : 1和0.50 : 1，醚化反 应温度为45?50 ^，反应时间为45 min。合成的阳 离子瓜尔胶，水不溶物为2%?3%,黏度为4 000? 4 500 mPa.s，取代度0.068?0.070,完全满足卷烟 纸行业的使用要求。