阳离子瓜尔胶是一种水溶性高分子聚合物，其化学名称为瓜尔胶羟丙基三甲基氯化铵。其利用天然瓜尔胶为原料，去除表皮及胚芽后所剩的胚乳部分，主要含有半乳糖和甘露糖，经干燥粉碎并加压水解后用20%乙醇溶液沉淀，离心分离干燥后与失水缩甘油醚三甲基氯化氨反应制得。

简介(外观 分子量 鉴别试验 技术指标 性能)

用途(护发 造纸助剂)

分子结构

发展历程

使用优点

安全性

简介

瓜尔胶,英文名为“guargum”,是从广泛种植于印巴次大陆的一种豆科植物——瓜尔豆中提取的一种高纯化天然多糖。由于其独特的分子结构特点及天然性,使其迅速成为性能优越的新型环保造纸助剂;同时它还被广泛应用于食品、石油、医药等领域。

瓜尔胶为大分子天然亲水胶体，主要由半乳糖和甘露糖聚合为食品而成。属于天然半乳甘露聚糖，品质改良剂之一，一种天然的增稠剂。外观是从白色到微黄色的自由流动粉末，能溶于冷水或热水，遇水后及形成胶状物质，达到迅速增稠的功效。主要分为食品级和工业级（油田使用的属于工业级）两种。一般出口包装是25KG/袋，外层牛皮纸，内层PE薄膜袋。广泛用于石油压裂、钻井等增稠目的，以及食品添加剂，印染和建筑涂料等行业。瓜尔胶是已知的最有效和水溶性最好的天然聚合物。在低浓度下，可形成高粘稠溶液；表现出非牛顿流变特性，与硼砂形成酸可逆凝胶由于它的独特性能，目前已应用于食品、制药、化妆品、个人保健、石油、粘蚊剂、造纸和纺织印染等行业。

外观

乳白色可自由流动粉末。

分子量

分子量：22万道尔顿

鉴别试验

1、溶解性: 称取试样1g于干燥的磨口锥形瓶中加水100mL,并立即加塞剧烈摇动,瓜尔胶溶于冷水并迅速增稠,同样方法瓜尔胶在乙醇、丙酮等有机溶剂中不溶解,不增稠。

2、交联反应: 取5.1.1瓜尔胶试样溶液于100mL烧杯中,加1%硼砂溶液10mL后立即搅拌应形成可挑挂的冻胶。

3、显微镜鉴定: 称取0.2g试样于研钵中,加入含碘0.5%、碘化钾1%的水溶液2～3mL,经研磨后放于载玻片上,在显微镜下观察。瓜尔胶显示紧密聚集的圆形至梨形的细胞,其胞内物呈黄至棕色。

4、粘度的测定

仪器：

NDJ—1型旋转粘度计;

电热恒温水浴;

分析天平,感量0.1mg;

250mL高型烧杯;

300mL具塞磨口锥形瓶。

测定步骤：

准确称取经105℃烘箱干燥2h后的试样2.500g置于干燥的锥形瓶中,加水200.0mL,立即加塞后剧烈摇动至溶液均匀,再补加47.5mL水后摇均,10min后摇动一次,以后每隔0.5h再次反复摇动,2h后将溶液倒入烧杯中,于25℃恒温水浴中溶胀0.5h,用玻璃棒搅拌均匀后立即用NDJ—1型旋转粘度计,取3号转子在12r/min下测定胶液25℃条件下的视粘度。

计算

η1=X×K(计算结果保留整数)………………… (1)

式中: η1————样品动力粘度,mPa·s;

X——粘度计读数;

K——转子常数,取3号转子时K=100,取4号转子时K=500(当试液粘度过高超出使用3号转子粘度计测量范围时,可用4号转子)。

5、硼酸盐的鉴定

5.1 、试剂 ：盐酸溶液: 10%盐酸水溶液; 氨试剂: 28%的氨水400mL加水至1000mL。

5.2 、鉴定方法：

称取试样1g,置于一盛有100mL水的250mL烧杯中,搅拌溶解,溶液必须保持流动态,不得形成冻胶。加入盐酸溶液10mL,搅拌如出现以下现象,则视为含有硼酸盐:滴一滴试样混合液在姜黄试纸上出现褐红色,干后颜色加深,当用氨试剂浸湿时变成绿黑色

蛋白质的鉴定：称取试样2g(精确至0.1mg)以下按GB/T 14771进行,氮换算为蛋白质的系数为6.25。

6、淀粉的鉴定

6.1、试剂：

碘试剂:称取碘14g溶于含碘化钾36g的100mL水溶液中,加入三滴盐酸,用水稀释至1000mL。

6.2、 鉴定方法

称取试样1g,置于一盛有100mL水的250mL烧杯中,搅拌溶解。加入碘试剂,不得有蓝色出现。

技术指标

技术指标

项目名称　指标

HV高粘型　MV中粘型

1%水溶液粘度　≥6000mPa.s　≥5000mPa.s

干燥减量　≤12.0%　≤12.0%

灰分　≤1.0%　≤1.5%

酸不溶物　≤7%　≤7%

硼酸盐　不得检出　不得检出

蛋白质　≤10%　≤10%

淀粉试验　不得检出　不得检出

砷　≤3ppm　≤3ppm

铅　≤10ppm　≤10ppm

性能

· 溶解性 在冷水和热水中有出众的分散能力，不会产生结团现象，提高了制造和生产操作的方便。

· 高盐和PH值相溶性 在广阔的PH范围都能迅速膨胀和溶解，即使在盐分含量很高的体系中，仍然保持稳定。

· 化学结构 由于氮含量均匀分布，比同类产品更具亲和力，能在吸附于头发后呈现优良的抗静电性和调理作用，改善头发的湿梳性，使头发长期保持光泽、柔软、富有弹性。

· 柔和性 对皮肤和眼睛极温和，并能减缓配方产品中表面活性剂的刺激性。

· 相容性 与阴离子、两性离子和表面活性剂有良好的相容性，可用于各类表面活性剂的产品中。

· 增加颗粒的沉积 在配方中使用时与高分子硅油和去屑剂有携带和协同作用，并提高泡沫的丰满程度和稳定性。

用途

护发

用作头发及皮肤的调理剂、抗静电剂及增稠剂，适用于洗发香波、护发素。

造纸助剂

研究表明,瓜尔胶能适应现代工厂零排放的要求,在提高纸页留着和滤水的同时能保持或提高纸页匀度,是一种前景广阔的环保助剂。

分子结构

瓜尔胶就分子结构来说是一种非离子多糖,它以聚甘露糖为分子主链,D-吡喃甘露糖单元之间以β(1-4)苷键连接。而D-吡喃半乳糖则以α(1-6)键连接在聚甘露糖主链上。瓜尔胶中甘露糖与半乳糖单元之摩尔比为2∶1,即每隔一甘露糖单元连接着一个半乳糖分支。文献中报道,瓜尔胶的分子量在220000左右。瓜尔胶分子的最大特点也即最大优点便是与纤维素结构非常相似,这种相似性使它对纤维素有很强的亲和性,称之为直接性(substantivity)。

发展历程

瓜尔胶的最初出现是作为刺槐豆胶(Locustbeangum)的替代品而产生的。在此之前,刺槐豆胶被广泛应用于工业生产并造成了需求紧张。后来研究证明,虽然瓜尔胶和刺槐豆胶均为聚半乳糖甘露糖,但二者在化学组成和行为上有着明显的区别。刺槐豆胶要达到最大粘度需要高温水煮,而瓜尔胶在冷水中就可以水化。化学组成上,刺槐豆胶平均每4个甘露糖单元才有1.5个乳糖支链。所以瓜尔胶分支单元数为刺槐豆胶的2倍。而这被认为是瓜尔胶比刺槐豆胶更容易水化和氢键结合活性更大的主要原因。除此之外,瓜尔胶的成本仅是刺槐豆胶的一半。

瓜尔胶直链上没有非极性基团,大部分伯羟基和仲羟基都处在外侧,而且半乳糖支链并没有遮住活性的醇羟基。因而瓜尔胶具有最大的氢键结合面积,当与纤维结合时,形成的氢键结合距离短,结合力大。为赋予瓜尔胶更好的使用性能,通常对瓜尔胶原粉进行化学改性。瓜尔胶的改性主要有两个方向:一是在分子链上引入阳离子基团,从而获得一定的正电性。如用季铵盐3-氯2-羟丙基氯化铵与瓜尔胶原粉在有机溶剂中醚化反应生成阳离子瓜尔胶。这种带正电的改性瓜尔胶便可以与带负电的纤维、填料粒子相互作用从而提高原有的助留、助滤和增强效果。另一改性方向便是设法增加瓜尔胶分子链的长度,增大其分子量,从而增强其架桥连接能力。阳离子瓜尔胶在冷水中可溶,这与阳离子淀粉相比是一个很大优势。

另外,许多淀粉分子形成螺旋状结构,而瓜尔胶分子则形成直链结构。所以瓜尔胶的活性基团比阳离子淀粉更容易与纤维接近,从而少量的阳离子瓜尔胶便可能达到较多量阳离子淀粉才能达到的使用效果。当今,聚丙烯酰胺和改性淀粉广泛应用于造纸中的助留助滤剂。但其效果只能达到一定程度。它们在提高滤水的同时可能使纤维过度凝聚,从而降低纸页匀度和强度。天然瓜尔胶作为造纸助剂时,可以提高纸页强度,减少灰斑形成并提高纸页匀度。但它的缺点便是造成滤水困难,从而降低了产量或提高了干燥部负荷。而经过化学改性的两性或阳离子瓜尔胶则在很大程度上克服了这一弊病。实验发现,这些改性的瓜尔胶能在提高纸页滤水的同时保持或提高纸页匀度;通过吸附细小纤维和粒子可以进一步改善滤水,同时提高一次留着率。而在过去,这两方面都是互斥的。

由于阳离子瓜尔胶的有效性主要取决于它与纤维的亲和性(即直接性),所以它并不与“阴离子垃圾”反应。鉴于这一点,阳离子瓜尔胶在黑液的存在下仍能有效地发挥作用。对于新闻纸、未漂硫酸盐浆、废纸浆等含有较多杂质的浆料,随着封闭水循环的推广,阴离子垃圾的积累将显著增加。这便会使得许多传统的造纸助剂如阳离子聚丙烯酰胺(CPAM)等失去作用效果。阳离子瓜尔胶可以有效地克服这一点。实验研究发现,阳离子瓜尔胶在Zeta电位从-8mV到0mV范围内效果最好。该Zeta电位范围与绝大部分造纸过程相吻合。

使用优点

· 在2合1香波配方中的表现 使用配方完全一样的2合1香波体系，包含有阳离子调理剂，硅油和相同的表面活性剂。香波中含有阳离子瓜尔胶及作为比对的国内外常用同类调理剂A、B、C，结果显示含阳离子瓜尔胶的体系性能和其它产品类似，不同的地方如下：在湿梳理和湿发感觉上，阳离子瓜尔胶优于A聚合物香波；在干梳理方面，优于B聚合物香波；在湿梳理和泡沫量上，优于C聚合物香波。

· 阳离子瓜尔胶具有更少的积聚性和更好的亲和能力 聚合物对头发的调理作用是在头发被冲洗时发生，被使用后头发具光泽，有回复自然的感觉。同没有调理剂的一般香波比较，含有调理剂的香波往往会使干发体积减少（头发紧贴头皮，不蓬松），从原理上讲，使用调理剂后干发的梳理阻力减少得越多，头发的蓬松度越差，说明该聚合物有积聚行为。试验得知；阳离子瓜尔胶通过10次反复洗涤，仍然保持头发的丰盈程度，而不是越来越沉重，紧贴头皮。说明该聚合物具有更少的积聚性。消除了长期使用后有积聚、沉重、发粘和头发枯萎的负面影响。

· 增加头发的光泽和健康 使用阳离子瓜尔胶聚合物的香波体系，能增加活性成分硅油和ZPT在头发上的停留，使头发呈现光彩和健康，保持易梳理、光亮和无静电特征。

· 提高配方的稳定性 由于阳离子瓜尔胶具有悬浮、乳化的功能，当配方中硅油含量较高时，能起到悬浮和携带的作用，帮助在香波配方中稳定硅油。

安全性

· 阳离子瓜尔胶经动物试验证实为无毒，特别在化妆品浓度质量分数为0.5～.8%范围内更安全。