[发明专利]一种羟丙基阳离子瓜儿豆胶及其水媒半干法制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明属于纸浆用助留助滤剂领域，具体涉及以瓜儿豆胶为原料制备木浆及草浆体系及造纸法再造烟叶抄造过程中的助留助滤剂的方法，特别涉及一种羟丙基阳离子瓜儿豆胶及其水媒半干法制备方法和应用。

背景技术

目前造纸工业普遍应用改性淀粉和阳离子聚丙烯酰胺作为助留助滤剂，但国内淀粉原料来源不一，种类繁多，直链和支链淀粉比例各异，因此严重影响其改性产品质量的稳定性，限制了其推广应用。国内较大造纸厂不得己选用国外大公司生产的湿部助剂，从而造成纸张成本增加。另一方面，阳离子聚丙烯酰胺不易生物降解，残留单体有一定毒性，在生活用纸及高档纸的应用中受到限制。并且含有阳离子聚丙烯酰胺的白水回用会造成阳电荷富集，纤维絮凝成团，影响纸张匀度和抄造系统的稳定性。

瓜儿豆胶是一种天然的半乳甘露聚糖胶，从产于云南、新疆、印度等地的瓜儿豆种子的胚乳中提取得到。瓜儿豆胶主链由甘露糖为单元联接而成，侧链由单个半乳糖组成，它和纤维素相似的分子结构决定了它和纤维素天然相亲性。瓜儿豆胶用于造纸工业，在提高纸张细小纤维和填料助留助滤效果的同时，不影响纸张的匀度，从而不降低其强度性能。瓜儿豆胶天然植物种子来源和出色的生物降解性能缓解了造纸工业的环境污染问题，符合清洁生产、环境友好理念。

瓜儿豆胶虽然具有很好的水溶性和增稠性，但是往往具有下述缺点：不能快速溶胀和水合，溶解速度慢；增稠能力差，水不溶物含量高。这些缺点使瓜儿豆胶的应用受到很大限制，需要通过化学改性方法改变其理化特性，使其可广泛应用。瓜儿豆胶的每个单糖平均有三个活性羟基，在一定条件下，这三个活性羟基可发生醚化、酯化或氧化反应，制备成各种醚、酯衍生物和氧化物。

目前国内外厂家的改性反应是针对胶粉进行的，首先将胚乳片通过水合、粉碎加工成胶粉，然后在乙醇或者异丙醇溶液中进行改性反应，最后再次进行粉碎加工，得到改性瓜儿豆胶成品。这种工艺属于两步溶媒法，工艺路线繁杂，这两步改性中都有水合和粉碎这两个过程使用乙醇、异丙醇等化学溶剂，产品取代度偏低。

发明内容

为解决上述问题，本发明的目的是提供一种羟丙基阳离子瓜儿豆胶及其水媒半干法制备方法和应用。本发明的制备方法不使用有机溶剂，成本大幅降低，生产过程安全环保；合成工艺简单，中间产品不必分离纯化，可以直接进行后续反应；合成过程中充分利用反应热，减少能量消耗，制备得到的羟丙基阳离子瓜儿豆胶透明度高、具有合适的羟丙基取代度和阳离子取代度，水不溶物含量低。

为达上述目的，本发明采用如下技术手段：

一种羟丙基阳离子瓜儿豆胶水媒半干法制备方法，包括如下步骤：

(1)水合碱化：将瓜儿豆胚乳片加入到热水中，在保护性气体保护下，加入碱化剂水溶液，浸泡碱化，制得碱化瓜儿豆胚乳片；

(2)阳离子化反应：将阳离子醚化剂水溶液加入到步骤(1)中制得的碱化瓜儿豆胚乳片中，反应，制得阳离子瓜儿豆胚乳片；

(3)羟丙基化反应：将相转移催化剂加入到步骤(2)得到的阳离子瓜儿豆胚乳片中，在保护性气体保护下，加入烷氧基醚化剂，反应，随后降温到室温，并调节物料pH值至6～10，制得羟丙基阳离子瓜儿豆胚乳片；

(4)步骤(3)制得的羟丙基阳离子瓜儿豆胚乳片经粗碎、干燥、粉碎、筛分、均质，制得羟丙基阳离子瓜儿豆胶成品。

本发明通过上述特定步骤使得制备的羟丙基阳离子瓜儿豆胶分子中的羟丙基赋予其显著的快速水合溶解溶胀特点，使它适合以干粉或浆液的形式添加使用。它具有与纤维结构相似的功能基团，表现出良好的粘合作用能减少纸面掉粉掉毛；优良的染料和填料留着性能，降低填料损耗；降低打浆度，并能纠整和理直杂乱无序的长短纤维，改善湿部稳定性，提高纸张的各项物理化学指标。

上述步骤中所用的碱化剂、阳离子醚化剂、相转移催化剂和烷氧基醚化剂可以为该类技术中通用的碱化剂、阳离子醚化剂、相转移催化剂和烷氧基醚化剂。

作为优选，本发明的制备方法中，步骤(1)中所述碱化剂为氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钠或碳酸氢钠中的任意一种或至少两种的混合物。

优选地，以重量份数计，相对于100份瓜儿豆胚乳片，步骤(1)所述热水的用量为50～300份，例如为70份、90份、120份、150份、190份、210份、240份、270份、295份等，碱化剂的用量为0.5～30份，例如为0.8份、1.5份、3份、6份、11份、16份、21份、26份、29份等，优选热水用量为100～160份，碱化剂用量为1～15份。