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。由于其獨特的分子結(jié)構(gòu)特點及天然性，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；

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,取3號轉(zhuǎn)子在12r/min下測定膠液25℃條件下的視粘度。

計算

η1=X×K(計算結(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(當試液粘度過高超出使用3號轉(zhuǎn)子粘度計測量范圍時,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,不得有藍色出現(xiàn)。

技術(shù)指標

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。文獻中報道，瓜爾膠的分子量在220000左右。瓜爾膠分子的最大特點也即最大優(yōu)點便是與纖維素結(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，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，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到較多量陽離子淀粉才能達到的使用效果。當今，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度。天然瓜爾膠作為造紙助劑時，可以提高紙頁強度,減少灰斑形成并提高紙頁勻度。但它的缺點便是造成濾水困難，從而降低了產(chǎn)量或提高了干燥負荷。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。實驗發(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；通過吸附細小纖維和粒子可以進一步改善濾水，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，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。實驗研究發(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。