瓜尔胶及其衍生物抄成的纸无任何毒副作用且燃烧没有 异味，因而成为生产卷烟纸的主要助剂[6]。阳离子瓜尔胶可以 用作造纸湿部助留助滤剂，在提髙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

阳离子瓜尔胶和非离子瓜尔胶复配的方式来改善卷烟纸的性 能[7~9]。但是由于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 阳离子瓜尔胶等助剂会残留在白水中投入下次使用，随着白水 循坏次数的增加，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，且湿部电荷变化也会降 低阳离子瓜尔胶的使用效果。两性瓜尔胶由于其同时具备阳离 子基团和阴离子基团，它的应用效果要明显好于普通的阳离子 瓜尔胶，且由于电荷近中性[10]，不仅在白水循坏中对湿部电荷 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 自制两性醚化剂对瓜尔胶进行改性制得阳离子基团与阴离子 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工 艺进行应用实验，通过白水循坏实验考察其应用效果，同时 与阳/非离子瓜尔胶复配的应用效果进行对比研究。

1实验

1.1原料和仪器

瓜尔胶、阳离子瓜尔胶、非离子瓜尔胶（均取自无锡金鑫 科技有限公司），阔叶木漂白化学浆（打浆度43°SR)，针叶木 漂白化学浆（打浆度81°SR)，沉淀碳酸钙（平均粒径4nm)， 乙醇、氢氧化钠、氯乙酸、醋酸（均为分析纯试剂）。

纸样抄取器（ZQJ1-B-n,陕西科技大学机械制造厂）， NDJ—79型旋转黏度计（上海昌吉地质仪器有限公司生产）， 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（J-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）， Zeta电位仪（SZP06, MUtek GmbH公司）。

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氯乙酸，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和有机髙分子反应5~8h。减压 蒸馏，得到透明浅黄色液体，即两性中间体2,3-坏氧丙基二 甲氨基乙酸盐（ECDH)。

在氮气保护的条件下，在装有机械搅拌器、温度计和氮气 管的三口烧瓶中，将一定量的瓜尔胶原粉分散于乙醇水溶液 中，加入一定量质量浓度为15°%的氢氧化钠，升温到50~60°C， 进行诚化一■定时间；再加入一■定量的两性中间体，反应一■定时

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间，冷却到室温，用体积浓度为25%的醋酸水溶液中和，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， 干燥，粉碎，制得两性瓜尔胶，为淡黄色粉末固体。

1.3 DMGC的纯度测试

用差示扫描量热仪，在1C/min的升温速度下，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值，此峰值 对应的温度即为被测样品的熔点。将实验生成的DMG C晶体 的熔点，与纯DMGC熔点相比较，可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-1。

1.5两性瓜尔胶pH、黏度测定

将自制的两性瓜尔胶配成浓度为1%的溶液，在放置2h 后，测其pH值与黏度。pH值用pH试纸测量，黏度按照SY/ T5764-1995标准，用DNJ-79型旋转黏度计测定其25C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氮量[5]， 然后计算出两性瓜尔胶的取代度。氮（N%)含量计算公式： N%=[(T-B)xc X14]/G

式中：T一滴定所消耗盐酸的体积，ml; B—空白值， ml; c—标准盐酸浓度，mol/L; G—试样绝干质量，g。

瓜尔胶基本单元结构被取代基团的平均数目（DS)计算 公式：乃5=(486\#。/。)八14—160\#%〇)

式中：486—瓜尔胶基本机构单元的平均分子质量；14一 氮的相对原子质量；160 —两性醚化剂的相对分子质量。

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，新型两性瓜尔豆胶的制备及其在卷烟纸中的应用研究，用纤 维解离器解离30000转，加入非离子瓜尔胶（或不加），搅拌，加 入碳酸钙填料和瓜尔胶助剂，搅拌。在纸样抄取器上抄片，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

pH黏度取代度

mPa.s

两性瓜尔胶5.84700.48

用Zeta电位仪（SZP06, MUtek GmbH公司）测定。

1.10白水循环实验

白水循坏实验中，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。再将多次白水循坏实验所抄造的纸

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-坏氧丙基二甲氨基乙酸盐（ECDH)，而N,N-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[11,12]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19FC,这在 文献中的N,N-二甲基氨基乙酸盐酸盐的熔点（188~191C) 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，431cm-1为瓜尔胶上的一 OH伸缩振动，2924cm-1为糖单元中一CH2的C—H伸缩振 动，1654cm-1为半乳糖/甘露糖的坏振动。两性瓜尔胶的红外 图谱如图中红线所示，相比较起来，1420cm-1处有明显的波 峰，是与氮相连的-CH3的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°R,针叶木浆打浆度81SR,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，新型两性瓜尔豆胶的制备及其在卷烟纸中的应用研究，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。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，适当提髙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[8]，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[13,14]，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[9,10]，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髙。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，透气度升髙。

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，随着白水循坏次数的增加，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，新型两性瓜尔豆胶的制备及其在卷烟纸中的应用研究，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，随着循坏次数的增加，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坏，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，由于循坏白水中填 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，随着白水循坏次数的增加，不论 加入的是阳/非离子瓜尔胶复配，还是改性后的两性瓜尔胶， 纸张的强度都是升髙的，透气度都是降低的，这可能是因为随 着白水的循坏，抄纸时的瓜尔胶和细小纤维的量会增加，提髙 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、提髙纤维之间的结 合数量这三种方式，提髙了纸张的强度。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[15,16]。

由图9、图10中也可以看出，添加两性瓜尔胶抄造的纸 张受白水循坏的影响较小，新型两性瓜尔豆胶的制备及其在卷烟纸中的应用研究，不论是在纸张强度还是透气度方 面，在白水循坏实验中，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。

3结论

3.1 通过DSC分析证实N，N-二甲基氨基乙酸盐酸盐 (DMGC)已经生成，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。