瓜爾豆膠產品中心 / Product Center

聯系我們 / Contact

  • 山東東達生物化工有限公司
  • 聯系人:王偉
  • 電 話:0533-8299008
  • 手 機:13280657534
  • 傳 真:0533-8299001
  • 郵 箱:sddaswchina@163.com
  • 網 址:http://www.midnightsweeps.com/
  • 地 址:山東省淄博市周村區開發區工業園區16號

磺酸基羥丙基瓜爾膠的制備和性能

發布日期:2015-01-03 13:52:08
磺酸基羥丙基瓜爾膠的制備和性能
磺酸基羥丙基瓜爾膠的制備和性能
磺酸基羥丙基瓜爾膠的制備和性能,以3-氯-2-羥基丙磺酸鈉,瓜爾膠原粉為原料,在堿性催化劑作用下采用濕法合成了磺酸基羥丙基瓜爾膠. 討論了外加鹽、酸度、取代度和不同濃度的瓜爾膠水溶液對磺酸基羥丙基瓜爾膠流變曲線的影響,并通過紅外光 譜,掃描電鏡,核磁圖譜,XRD等進行了分析。結果發現,隨著外加鹽濃度的增大,表觀黏度逐漸減小,表現出明 顯的聚電解質的通性,AlCl3,>Mga2>NaCl。隨著酸度的增大,表觀黏度在pH值約為7時達到最大,隨后減小 趨勢趨于平緩,表明對酸的敏感程度遠遠大于對堿的敏感程度;隨著取代度的增大,水不溶物含量和表觀黏度逐 漸減小,在取代度超過0.3的時候,減小趨勢趨于平緩;隨著剪切速率的增大,表觀黏度逐漸減小。
瓜爾膠來自草本植物瓜爾豆的內胚乳,是一 種天然的綠色產品,具有特殊的物化性能,可用作 增稠劑、穩定劑、乳化劑、分散懸浮劑、保水劑及凝 膠劑,其應用涉及油田、造紙、醫藥、生活日用品、 食品、紡織、水處理、采礦炸藥等諸多領域。然而, 天然瓜爾膠溶解速度慢、水不溶物含量高、溶液透 明度差且不穩定,大大地限制了其應用范圍。因 此,對天然瓜爾膠進行改性是非常必要的[1<。
目前,國內主要采用單一基團的接枝反應對 瓜爾膠進行改性,磺酸基羥丙基瓜爾膠的制備和性能,接多個基團的改性產物很少。 陰離子瓜爾膠主要以羧甲基取代基為主?;撬峄?作為一種新的陰離子基團,較少在改性瓜爾膠上 應用。經磺酸鹽改性的瓜爾膠具有很好的透明 度、耐酸堿性、耐鹽性,可作為增稠劑、分散穩定劑 和乳化劑,大量應用于石油、紡織、造紙和藥物領 域[3]。非離子瓜爾膠是在瓜爾膠分子結構中引入 極性親水性基團羥烷基以提高瓜爾膠的親水性, 使水不溶物含量減少,增加分子的支鏈數目,使瓜 爾膠的水溶速度加快磺酸基瓜爾膠具有較強 的耐鹽性和耐酸堿性,可以擴大產物的使用范圍。 非離子瓜爾膠具有較低含量的水不溶物,在實際 應用中不需要進行前期的處理„
3-氯-2-羥基丙磺酸鈉分子結構中既含有活性 較強鹵原子和羥基,又含有親水性的磺酸鹽基團, 是合成高聚物工業中重要的功能單體,也可用作 有機化工中間體,用于制備表面活性劑、改性淀 粉、鉆井液降失水材料[4。由于淀粉和瓜爾膠具 有相似的結構,瓜爾膠也可以通過接枝反應與3- 氯-2-羥基丙磺酸鈉分子進行反應?;撬峄u丙 基瓜爾膠由于即具有磺酸鹽基團,又具有非離子 基團,從理論上可以達到一定的耐鹽性和耐酸堿 性和較低的水不溶物含量,可以擴展其應用的范 圍,提高其使用的效率。筆者通過醚化反應制備 出磺酸基羥丙基瓜爾膠,采用紅外光譜和掃描電 鏡對產物的結構進行了表征,并測定了磺酸基的 取代度,考察了外加鹽、酸度、取代度對磺酸基羥 丙基瓜爾膠黏度的影響。
1實驗 1.1原料和儀器
瓜爾膠(GG),25 °C黏度為5. 5 Pa • s,相對 分子質量(20?30)X 104,無錫金鑫科技公司。環 氧氯丙烷、亞硫酸氫鈉、乙醇、氫氧化鈉、堿性品紅 均為分析純試劑。
Phr3C數字式pH計,上海理達儀器廠; NDJ-79型旋轉黏度計,上海昌吉地質儀器有限公 司;NICOLET islO FT-TRX型傅里葉紅外變換 光譜儀(KBr壓片法),賽默飛世爾科技有限公司; SU1510掃描電子顯微鏡,日本日立公司;Adu- ance El 400MHz全數字化核磁共振波譜    
D20為溶劑),布魯克公司;Q200差示掃描量熱 儀,美國TA儀器公司;D8 X射線衍射儀,布魯克 AXS公司。
1.23■氯-2-羥基丙磺酸鈉的制備
將環氧氯丙烷逐滴加入亞硫酸氫鈉中制 備[7_8],具體操作步驟如下:將亞硫酸氫鈉和環氧 氯丙烷按一定的物質的量比例投料,加一定量的 去離子水,在70?90 °C反應一段時間,取少量反 應混合物加品紅溶液至不褪色說明反應已趨于完 成。趁熱倒出產物,置于冰水浴中冷卻,待溫度降 至10 °C以下,真空抽濾,分離出固體物,于105 °C 烘箱中烘千后得到白色粉狀固體(粗品)。重結晶 后得到純凈產物,產率為85. 44% „
NaHS03+ CICHzCH—-CHa —? ClCH2CHCH2S()3Na
1.3磺酸基羥丙基瓜爾膠的制備
在氮氣保護的條件下,在裝有機械攪拌器、溫 度計和氮氣管的三口燒瓶中,加入瓜爾膠、3-氯-2- 羥基丙磺酸鈉等,制得磺酸基羥丙基瓜爾膠,為淡 黃色粉末,水溶液透明性較好。
Guar—OH + NaOH —?Guar—ONa+H20 Guar—ONa+ ClCH2CHCH2S03Na -~*
OH
Guar^O—CH2CHCH2S03Na OH
1.4磺酸基羥丙基瓜爾膠磺酸基取代度(D.S) 的測定
采用酸堿滴定法磺酸基羥丙基瓜爾膠 (GG)是可溶于水的高分子聚電解質,磺酸基羥丙基瓜爾膠的制備和性能,因在強堿條 件下制備,產物以磺酸鹽的形式存在。它的分子 結構中存在活性較高的磺酸基,在水溶液中發生 解離,高分子以陰離子形式存在,N#作為抗衡離 子分布在高分子陰離子的周圍。如果讓其水溶液 經過酸式的Lewatit® MonoPlus S 100強酸性苯 乙烯系陽離子交換樹脂,Na+會與陽離子交換樹 脂上的H+發生離子交換,這樣磺酸基羥丙基瓜 爾膠分子上的磺酸基就會轉化為弱酸的形式,可 通過酸堿滴定來測定其磺酸基的含量。
»CCH2S〇r) ;;(H+ ) c(NaOH) • V(NaOH)
U.—«(GG);KGG)r(GG) • V(GG)—
式中:《為物質的量,mol; C為物質的濃度,mol/ 為物質的體積,L。
1. S磺酸基羥丙基瓜爾膠水不溶物含量的測定
取絕干的經過分離提純的磺酸基羥丙基瓜爾 膠粉2 g,加入500 mL蒸餾水中,配制成溶液,準確 稱取配制好的溶液50. 20 g置于恒量的離心管中, 將離心管放入離心機內,在3 000 r/min轉速下離 心30 min,慢慢倒出上層清液,再加50 mL蒸館水, 用玻璃棒攪拌,再離心20 min,去掉上層清液,將離 心管放入電熱恒溫干燥箱中烘干,在(105士 1) °C 烘干至恒重。水不溶物按下式計算:
H= m/0. 20(1-W)
式中,•H■為水不溶物的含量,%為水不溶物的質
量,g;灰為膠粉的含水率,% ;〇. 2為溶液中膠粉的 質量,g。
1.6磺酸基羥丙基瓜爾膠表觀黏度的測定
采用SY/T 5764—1995標準,取經過分離提 純的磺酸基羥丙基瓜爾膠配制成一定濃度的水溶 液,靜置6 h后測定其25 °C的水溶液的黏度。
2結果和討論
2.1磺酸基羥丙基瓜爾膠的結構表征 2.1.1紅外光譜分析
圖1為瓜爾膠原粉與磺酸基羥丙基瓜爾膠的 紅外光譜。由圖1可見,磺酸基羥丙基瓜爾膠在 1 034,1 232 cm一1處出現了磺酸基的吸收峰,在 3 359?3 510 cm—1處出現了締合羥基的O—H 鍵的吸收峰??梢娝卯a物為磺酸基羥丙基瓜爾 膠。
2.1.2微觀形態分析
圖2是瓜爾膠原粉和經過分離提純的磺酸基 羥丙基瓜爾膠在掃描電子顯微鏡下放大4 000倍 的圖像。由圖2可以看出,兩者的微觀形態基本 一致,粒度分布差異并不大,但改性產物的表面較 瓜爾膠的表面有更多的顆粒生成,表面性I 一定的改變。
2.1.3】HNMR分析
圖3是瓜爾膠原粉和經過分離提純的i 羥丙基瓜爾膠的1HNMR。由圖3可見,在磺酸 基羥丙基瓜爾膠8=3. 5處有一個甲基峰出現; 5=5.38,5. 25 處為 C-6 位吸收峰;在 6=5. 39, 5. 61處為發生取代的C-6位的吸收峰,S卩C-6s吸 收峰產生了低場位移,是由于碳位的羥基發生了 磺酸化取代,磺酸基羥丙基瓜爾膠的制備和性能,可以判斷磺酸基團的取代主要發生 在C-6的羥基上。
溫方向轉移,說明改性的磺酸基羥丙基瓜爾膠相 態比瓜爾膠原粉更穩定。
纖fc
圖4瓜爾膠原粉和磺酸基羥丙基瓜爾膠的DSC曲線
2.1.5 XRD 分析
圖5為是瓜爾膠原粉和經過分離提純的磺酸 基羥丙基瓜爾膠XRD曲線。由圖5可以看出,瓜 爾膠原粉在20=17°和20°附近都有晶體峰出現。 改性后的磺酸基羥丙基瓜爾膠在20= 17°和20°峰 強度變小,說明磺酸基羥丙基瓜爾膠相對于瓜爾 膠原粉在晶體形態上有了變化。
2.2影響磺酸基羥丙基瓜爾膠流變性能的因素 2.2.1外加鹽的含量
圖4是瓜爾膠原粉和經過分離提純的磺酸基離子的電中和作用強于二價金屬離子,二價金屬
羥丙基瓜爾膠的DSC曲線。從圖4可見,瓜爾膠離子的電中和作用強于一價金屬離子。
原粉在102 °C附近存在一個較明顯的熔融吸熱 2.2.2酸度
峰,而磺酸基羥丙基瓜爾膠的熔融吸熱峰在120在質量分數為〇. 5%的磺酸基羥丙基J
°C附近,磺酸基羥丙基瓜爾膠的熔融吸熱峰向高水溶液中,分別加入不同量的鹽酸或氫氧彳
在質量分數為〇. 5%的磺酸基羥丙基瓜爾膠 水溶液中,分別加入不同質量的NaCl,MgCl2, A1C13,配制成為質量分數為0. 1%,0. 3%, 0. 5%,0. 7%,1. 0%的水溶液,其表觀黏度見圖 6。由圖6可以看出,無機鹽使水溶液中磺酸基羥 丙基瓜爾膠的表觀黏度減少的能力從強到弱的順 序為AlCl3>MgCl2>NaCl,這是因為三價金屬
水溶液,配制成不同酸度的水溶液,在25 °C測量 磺酸基羥丙基瓜爾膠水溶液的表觀黏度,結果見 圖7。
由圖7可以看出,0.5%的磺酸基羥丙基瓜爾 膠水溶液對酸的敏感程度遠遠大于對堿的敏感程 度。其原因可以從它的分子結構來分析:其分子 結構中存在活性較高的磺酸基,以陰離子形式存 在。加入鹽酸時,增大溶液酸度,溶液中H+濃度 增加,它會與磺酸基羥丙基瓜爾膠分子中部分陰 離子基團結合使陰離子聚合物的解離度降低,所 帶電荷數減少,以致其分子間相互排斥作用減弱, 鏈發生蜷曲,尺寸縮小。增大溶液酸度,溶液的表 觀黏度迅速降低。加入堿時,雖然也增加了陽離 子濃度,由于電解質效應會使溶液的黏度降低,但 同時也引入了 OH、它會與溶液中的H+結合致 使陰離子聚合物的解離度增大,加強了高分子間 的相互排斥作用,使溶液黏度有增大的趨勢《兩 種因素共同作用的結果,使溶液黏度隨pH值增 大略有降低。
pH值
圖7不同酸度下0.5%磺酸基羥丙棊瓜爾膠的表觀黏度
2.2.3磺酸基羥丙基瓜爾膠溶液濃度
將磺酸基羥丙基瓜爾膠配制成不同質量分數 的水溶液,磺酸基羥丙基瓜爾膠的制備和性能,在不同剪切速率下測定各溶液的表觀 黏度,結果見圖8。從圖8可以看出,不同質量分 數的磺酸基羥丙基瓜爾膠溶液的表觀黏度均隨剪 切速率的增大而減小,且溶液的質量分數越大,這 種趨勢就越明顯。在同一剪切速率下,不同質量 分數的溶液的表觀黏度隨溶液質量分數的增大而 增大。體系的表觀黏度隨剪切速率的增加而減 少,具有剪切變稀性質,這是由于瓜爾膠溶液為典 型的假塑性流體。
1300r
1100 \
.900
^ 700
^ 500.
讞300
200
100
0102030405060
剪切速率/s
圖8不同質量分數的磺酸基羥丙基瓜爾膠溶液的流變曲線
2. 3取代度對磺酸基羥丙基瓜爾膠的水不溶物 含量及表觀黏度的影響
不同取代度的磺酸基羥丙基瓜爾膠的水不溶 物含量及表觀黏度見圖9。
19
分子結構中引入極性親水性基團磺酸基和羥丙 基,可以提高瓜爾膠的親水性,使水不溶物含量減 少,而且隨著取代度的增大,作用越明顯。
由圖9還可以看出,隨著取代度的增大,表觀 黏度逐漸減小,在取代度大于0. 26時,減小趨勢 逐漸趨于平緩。這是因為隨著取代度的增大,破 壞了相當數量的氫鍵,使分子間作用力削弱,分子 變得較為舒展,表觀黏度降低,也就是在水不溶物 含量降低的同時不能保持較高的黏度。
3結論
采用濕法合成了磺酸基羥丙基瓜爾膠,并對 其稀溶液的性質進行了考察?;撬峄u丙基瓜爾膠的制備和性能,無機鹽使水溶液中 磺酸基羥丙基瓜爾膠的表觀黏度減少的能力從強 到弱的順序為A1C13 > MgCl2 > NaCl,具有明顯 的聚電解質的通性。體系的表觀黏度隨剪切速率 的增加而減少,具有明顯的剪切變稀性質?;撬?基作為瓜爾膠的改性過程中的一種新的陰離子基 團,對合成過程和應用缺少相應的考察。同時在 保持較高黏度和低的水不溶物含量上存在矛盾, 有待進一步研究。
本文推薦企業:山東東達生物化工有限公司(http://www.midnightsweeps.com/),是專業的瓜爾膠和瓜爾豆膠生產廠家,專業生產瓜爾膠和瓜爾豆膠。擁有雄厚的技術力量,先進的生產工藝和設備。山東東達生物化工有限公司全體員工為海內外用戶提供高技術,高性能,高質量的瓜爾膠和瓜爾豆膠產品。熱忱歡迎國內外廣大客戶合作共贏。
 
国产又色又爽又黄又刺激视频