瓜爾膠

瓜爾膠，英文名為“guargum”，是從廣泛種植于印巴次大陸的一種豆科植物——瓜爾豆中提取的一種高純化天然多糖。由于其獨(dú)特的分子結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及天然性，使其迅速成為性能優(yōu)越的新型環(huán)保造紙助劑；同時它還被廣泛應(yīng)用于食品、石油、醫(yī)藥等領(lǐng)域。 

瓜爾膠為大分子天然親水膠體，屬于天然半乳甘露聚糖，品質(zhì)改良劑之一，一種天然的增稠劑。外觀是從白色到微黃色的自由流動粉末，能溶于冷水或熱水，遇水后及形成膠狀物質(zhì)，達(dá)到迅速增稠的功效。主要分為食品級和工業(yè)級（油田使用的屬于工業(yè)級）兩種。一般出口包裝是25KG/袋，外層牛皮紙，內(nèi)層PE薄膜袋。廣泛用于石油壓裂、鉆井等增稠目的，以及食品添加劑，印染和建筑涂料等行業(yè)。瓜爾膠是已知的最有效和水溶性最好的天然聚合物。在低濃度下，可形成高粘稠溶液；表現(xiàn)出非牛頓流變特性，與硼砂形成酸可逆凝膠由于它的獨(dú)特性能，應(yīng)用于食品、制藥、化妝品、個人保健、石油、粘蚊劑、造紙和紡織印染等行業(yè)。 

1、溶解性: 稱取試樣1g于干燥的磨口錐形瓶中加水100mL,并立即加塞劇烈搖動,瓜爾膠溶于冷水并迅速增稠,同樣方法瓜爾膠在乙醇、丙酮等有機(jī)溶劑中不溶解,不增稠。

2、交聯(lián)反應(yīng)： 取瓜爾膠試樣溶液于100mL燒杯中,加1%硼砂溶液10mL后立即攪拌應(yīng)形成可挑掛的凍膠。

3、顯微鏡鑒定： 稱取0.2g試樣于研缽中,加入含碘0.5%、碘化鉀1%的水溶液2～3mL,經(jīng)研磨后放于載玻片上,在顯微鏡下觀察。瓜爾膠顯示緊密聚集的圓形至梨形的細(xì)胞,其胞內(nèi)物呈黃至棕色。

4、粘度的測定

儀器：

NDJ—1型旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)；

電熱恒溫水浴；

分析天平，感量0.1mg;

250mL高型燒杯；

300mL具塞磨口錐形瓶。

測定步驟：

準(zhǔn)確稱取經(jīng)105℃烘箱干燥2h后的試樣2.500g置于干燥的錐形瓶中,加水200.0mL,立即加塞后劇烈搖動至溶液均勻,再補(bǔ)加47.5mL水后搖均,10min后搖動一次,以后每隔0.5h再次反復(fù)搖動,2h后將溶液倒入燒杯中,于25℃恒溫水浴中溶脹0.5h,用玻璃棒攪拌均勻后立即用NDJ—1型旋轉(zhuǎn)粘度計(jì),取3號轉(zhuǎn)子在12r/min下測定膠液25℃條件下的視粘度。

計(jì)算

η1=X×K(計(jì)算結(jié)果保留整數(shù))………………… ⑴

式中: η1————樣品動力粘度,mPa·s;

X——粘度計(jì)讀數(shù);

K——轉(zhuǎn)子常數(shù),取3號轉(zhuǎn)子時K=100,取4號轉(zhuǎn)子時K=500(當(dāng)試液粘度過高超出使用3號轉(zhuǎn)子粘度計(jì)測量范圍時,可用4號轉(zhuǎn)子)。

5、硼酸鹽的鑒定

5.1 、試劑 ：鹽酸溶液: 10%鹽酸水溶液; 氨試劑: 28%的氨水400mL加水至1000mL。

5.2 、鑒定方法：

取試樣1g攪拌溶解在100mL水中，溶液必須保持流動態(tài),不得形成凍膠。加入鹽酸溶液10mL,攪拌如出現(xiàn)以下現(xiàn)象,則視為含有硼酸鹽:滴一滴試樣混合液在姜黃試紙上出現(xiàn)褐紅色,干后顏色加深,當(dāng)用氨試劑浸濕時變成綠黑色

蛋白質(zhì)的鑒定：稱取試樣2g(精確至0.1mg)以下按GB/T 14771進(jìn)行,氮換算為蛋白質(zhì)的系數(shù)為6.25。

6、淀粉的鑒定

6.1、試劑：

碘試劑:稱取碘14g溶于含碘化鉀36g的100mL水溶液中，加入三滴鹽酸，用水稀釋至1000mL。

6.2、 鑒定方法

稱取試樣1g,置于一盛有100mL水的250mL燒杯中,攪拌溶解。加入碘試劑,不得有藍(lán)色出現(xiàn)。

技術(shù)指標(biāo)

溶解性在冷水和熱水中有出眾的分散能力，不會產(chǎn)生結(jié)團(tuán)現(xiàn)象，提高了制造和生產(chǎn)操作的方便。高鹽和PH值相溶性在廣闊的PH范圍都能迅速膨脹和溶解，即使在鹽分含量很高的體系中，仍然保持穩(wěn)定。化學(xué)結(jié)構(gòu)由于氮含量均勻分布，比同類產(chǎn)品更具親和力，能在吸附于頭發(fā)后呈現(xiàn)優(yōu)良的抗靜電性和調(diào)理作用，改善頭發(fā)的濕梳性，使頭發(fā)長期保持光澤、柔軟、富有彈性。柔和性對皮膚和眼睛極溫和，并能減緩配方產(chǎn)品中表面活性劑的刺激性。相容性與陰離子、兩性離子和表面活性劑有良好的相容性，可用于各類表面活性劑的產(chǎn)品中。增加顆粒的沉積在配方中使用時與高分子硅油和去屑劑有攜帶和協(xié)同作用，并提高泡沫的豐滿程度和穩(wěn)定性。

用作頭發(fā)及皮膚的調(diào)理劑、抗靜電劑及增稠劑，適用于洗發(fā)香波、護(hù)發(fā)素。 

研究表明，瓜爾膠能適應(yīng)現(xiàn)代工廠零排放的要求，在提高紙頁留著和濾水的同時能保持或提高紙頁勻度，是一種前景廣闊的環(huán)保助劑。

瓜爾膠的水分散液有緩沖作用，在PH4.0-10.5之間可以穩(wěn)定存在，持續(xù)加熱會降低分散液的粘度。

瓜爾膠粉應(yīng)貯藏在密閉容器中，置于陰涼、干燥處。

瓜爾膠就分子結(jié)構(gòu)來說是一種非離子多糖，它以聚甘露糖為分子主鏈，D-吡喃甘露糖單元之間以β（1-4）苷鍵連接。而D-吡喃半乳糖則以α（1-6）鍵連接在聚甘露糖主鏈上。瓜爾膠中甘露糖與半乳糖單元之摩爾比為2∶1，即每隔一甘露糖單元連接著一個半乳糖分支。文獻(xiàn)中報(bào)道，瓜爾膠的分子量在220000左右。瓜爾膠分子的最大特點(diǎn)也即最大優(yōu)點(diǎn)便是與纖維素結(jié)構(gòu)非常相似，這種相似性使它對纖維素有很強(qiáng)的親和性，稱之為直接性（substantivity）。 

瓜爾膠的最初出現(xiàn)是作為刺槐豆膠(Locustbeangum）的替代品而產(chǎn)生的。在此之前，刺槐豆膠被廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)并造成了需求緊張。后來研究證明，雖然瓜爾膠和刺槐豆膠均為聚半乳糖甘露糖，但二者在化學(xué)組成和行為上有著明顯的區(qū)別。刺槐豆膠要達(dá)到最大粘度需要高溫水煮，而瓜爾膠在冷水中就可以水化。化學(xué)組成上，刺槐豆膠平均每4個甘露糖單元才有1.5個乳糖支鏈。所以瓜爾膠分支單元數(shù)為刺槐豆膠的2倍。而這被認(rèn)為是瓜爾膠比刺槐豆膠更容易水化和氫鍵結(jié)合活性更大的主要原因。除此之外，瓜爾膠的成本僅是刺槐豆膠的一半。

瓜爾膠直鏈上沒有非極性基團(tuán)，大部分伯羥基和仲羥基都處在外側(cè)，而且半乳糖支鏈并沒有遮住活性的醇羥基。因而瓜爾膠具有最大的氫鍵結(jié)合面積，當(dāng)與纖維結(jié)合時，形成的氫鍵結(jié)合距離短，結(jié)合力大。為賦予瓜爾膠更好的使用性能，通常對瓜爾膠原粉進(jìn)行化學(xué)改性。瓜爾膠的改性主要有兩個方向：一是在分子鏈上引入陽離子基團(tuán)，從而獲得一定的正電性。如用季銨鹽3-氯2-羥丙基氯化銨與瓜爾膠原粉在有機(jī)溶劑中醚化反應(yīng)生成陽離子瓜爾膠。這種帶正電的改性瓜爾膠便可以與帶負(fù)電的纖維、填料粒子相互作用從而提高原有的助留、助濾和增強(qiáng)效果。另一改性方向便是設(shè)法增加瓜爾膠分子鏈的長度，增大其分子量，從而增強(qiáng)其架橋連接能力。陽離子瓜爾膠在冷水中可溶，這與陽離子淀粉相比是一個很大優(yōu)勢。

另外，許多淀粉分子形成螺旋狀結(jié)構(gòu)，而瓜爾膠分子則形成直鏈結(jié)構(gòu)。所以瓜爾膠的活性基團(tuán)比陽離子淀粉更容易與纖維接近，從而少量的陽離子瓜爾膠便可能達(dá)到較多量陽離子淀粉才能達(dá)到的使用效果。當(dāng)今，聚丙烯酰胺和改性淀粉廣泛應(yīng)用于造紙中的助留助濾劑。但其效果只能達(dá)到一定程度。它們在提高濾水的同時可能使纖維過度凝聚，從而降低紙頁勻度和強(qiáng)度。天然瓜爾膠作為造紙助劑時，可以提高紙頁強(qiáng)度,減少灰斑形成并提高紙頁勻度。但它的缺點(diǎn)便是造成濾水困難，從而降低了產(chǎn)量或提高了干燥負(fù)荷。而經(jīng)過化學(xué)改性的兩性或陽離子瓜爾膠則在很大程度上克服了這一弊病。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，這些改性的瓜爾膠能在提高紙頁濾水的同時保持或提高紙頁勻度；通過吸附細(xì)小纖維和粒子可以進(jìn)一步改善濾水，同時提高一次留著率。而在過去，這兩方面都是互斥的。

由于陽離子瓜爾膠的有效性主要取決于它與纖維的親和性（即直接性）。鑒于這一點(diǎn)，陽離子瓜爾膠在黑液的存在下仍能有效地發(fā)揮作用。對于新聞紙、未漂硫酸鹽漿、廢紙漿等含有較多雜質(zhì)的漿料，隨著封閉水循環(huán)的推廣，陰離子垃圾的積累將顯著增加。這便會使得許多傳統(tǒng)的造紙助劑如陽離子聚丙烯酰胺(CPAM）等失去作用效果。陽離子瓜爾膠可以有效地克服這一點(diǎn)。實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，陽離子瓜爾膠在Zeta電位從-8mV到0mV范圍內(nèi)效果最好。該Zeta電位范圍與絕大部分造紙過程相吻合。

· 在2合1香波配方中的表現(xiàn)使用配方完全一樣的2合1香波體系，包含有陽離子調(diào)理劑，硅油和相同的表面活性劑。香波中含有陽離子瓜爾膠及作為比對的國內(nèi)外常用同類調(diào)理劑A、B、C，結(jié)果顯示含陽離子瓜爾膠的體系性能和其它產(chǎn)品類似，不同的地方如下：在濕梳理和濕發(fā)感覺上，陽離子瓜爾膠優(yōu)于A聚合物香波；在干梳理方面，優(yōu)于B聚合物香波；在濕梳理和泡沫量上，優(yōu)于C聚合物香波。

· 陽離子瓜爾膠具有更少的積聚性和更好的親和能力聚合物對頭發(fā)的調(diào)理作用是在頭發(fā)被沖洗時發(fā)生，被使用后頭發(fā)具光澤，有回復(fù)自然的感覺。同沒有調(diào)理劑的一般香波比較，含有調(diào)理劑的香波往往會使干發(fā)體積減少（頭發(fā)緊貼頭皮，不蓬松），從原理上講，使用調(diào)理劑后干發(fā)的梳理阻力減少得越多，頭發(fā)的蓬松度越差，說明該聚合物有積聚行為。試驗(yàn)得知；陽離子瓜爾膠通過10次反復(fù)洗滌，仍然保持頭發(fā)的豐盈程度，而不是越來越沉重，緊貼頭皮。說明該聚合物具有更少的積聚性。消除了長期使用后有積聚、沉重、發(fā)粘和頭發(fā)枯萎的負(fù)面影響。

· 增加頭發(fā)的光澤和健康使用陽離子瓜爾膠聚合物的香波體系，能增加活性成分硅油和ZPT在頭發(fā)上的停留，使頭發(fā)呈現(xiàn)光彩和健康，保持易梳理、光亮和無靜電特征。

· 提高配方的穩(wěn)定性由于陽離子瓜爾膠具有懸浮、乳化的功能，當(dāng)配方中硅油含量較高時，能起到懸浮和攜帶的作用，幫助在香波配方中穩(wěn)定硅油。