瓜尔胶的类型、性能特点

背景及概述^[1]

瓜尔胶是一种植物胶，可以从角豆树的果实和瓜尔豆中提取。角豆树是一种多年生灌木，主要生长在地中海沿岸，瓜尔豆是一年生豆科植物，主要生长在印度、巴基斯坦和美国得克萨斯州等类似沙漠的地区，适合在昼夜温差大和雨水充足的地区生长，目前使用的瓜尔胶基本上都是从瓜尔豆中提取的。成熟后的瓜尔豆经过脱皮处理后，送到研磨加工工厂，通过热化学处理的方法使瓜尔豆分离成胚乳薄片、胚芽和皮。胚芽往往作为蛋白质含量很高的动物饲料应用。胚乳薄片在研磨加工厂被加工成瓜尔胶。近几年来，瓜尔胶系列助剂在卷烟纸行业中得到了广泛应用，瓜尔胶用于卷烟纸不但具有优良的助留、助滤和增强效果，而且抄成的纸在燃烧时没有异味，满足卷烟用纸的需要。目前，在国内的各大卷烟纸厂中，瓜尔胶已基本取代了淀粉成为增强助留、助滤剂和纸张表面性能改进剂。

化学结构^[1]

瓜尔胶是以甘露吡喃糖单元为骨架连接形成主链，每两个甘露吡喃糖单元有1，6连接的半乳吡喃糖单元作为侧链。由于瓜尔胶具有与纤维素相类似的结构，所以能够在纤维表面快速吸附，并能为纤维之间形成氢键提供大量的羟基，从而能够有效地促进纤维之间的结合。此外，瓜尔胶还可以提高填料和细小纤维的留着，同时还可以避免纤维间的不良絮聚，提高纸页匀度。

标准^[2]

类型、性能特点^[1]

1. 瓜尔胶的类型

多年以来，瓜尔胶一直是造纸用有效助剂，按其用途来分类可以分为浆内添加、表面施胶和用于涂布的瓜尔胶。在浆料中添加瓜尔胶具有以下优点：1)提高纸张的抗张强度；2）提高表面强度，改善印刷适性；3）提高填料、细小纤维的留着率；4）改善成纸匀度，瓜尔胶以微絮聚的方式改善纸机网部的滤水性能，纸张的匀度不会被破坏；5）减小纸张的两面差；"提高纸板的层间结合强度。用于表面施胶的瓜尔胶，对纸张表面性能的改善尤其明显：1）可以提高纸张的面强度，改善印刷适性，对纸张的透气度不产生影响；2）提高抗油性和抗溶剂性；3）提高表面施胶液的稳定性；4）可改善涂布性能；5）提高纸张表面的亲胶性。用于涂布的瓜尔胶，可以改善涂料的性能：6）提高涂料的保水性；7）改善涂料的流变性。

2. 瓜尔胶的性能特点^[1]

由于瓜尔胶无任何毒副作用，所以通常是生产卷烟纸和食品包装用纸的有效专用助剂。为了提高其使用效果和扩大其应用范围，还开发了很多瓜尔胶的变性产品，根据其离子性能的不同可分为阳离子型、阴离子型、非离子型瓜尔胶以及磷酸瓜尔胶两性瓜尔胶等。各种类型的瓜尔胶有不同的性能和功用，要根据生产上的具体情况进行选用。#阳离子型瓜尔胶能有效改善助留，显著提高填料的留着率，对纸张的匀度没有太大影响，不影响脱水。添加点一般在纸机的冲浆泵之前或在保证均匀分散的情况下直接加到纸机的流浆箱之前。阳离子型瓜尔胶溶液应稀释后使用。

1）非离子型瓜尔胶在纸张中主要起到增强剂的作用，且不影响纸张的透气度。溶解时溶液的浓度尽量不超过。在预先溶解的条件下可加到打浆后的高浓浆池中。非离子型瓜尔胶能使纸机网部滤水速度得到有效控制，提高水印辊的运行性能，改善成纸匀度。同时它还具有极强的纤维

分散能力。另外，非离子型瓜尔胶还可用于表面施胶，改善纸张的表面性能，提高卷烟纸的燃量，改善包灰质量和包灰颜色。在施胶过程中，还可以与淀粉、羧甲基纤维素、聚乙烯醇等化学品配合使用。

2）阴离子型瓜尔胶可以提高纸张的耐折度，并减少湿强剂的使用量。溶解时溶液的浓度尽量不要超过。磷酸瓜尔胶是将瓜尔胶磷酸化，使其交联后得到的。使用磷酸瓜尔胶对纸张进行表面施胶后，纸张表面的抗渗透性能得到改善，可节约生产耐油纸时的氟树脂和生产剥离纸时硅油的使用量。

3）两性瓜尔胶是将瓜尔胶进行羧甲基化和季氨基醚化后得到的。两性瓜尔胶可用于提高含机械浆纸张的内部强度和表面强度。由于机械木浆中含有大量的阴离子杂质，对增强剂的使用有较大的负面影响，但是两性瓜尔胶对阴离子杂质的灵敏度最低

应用^[3]

1. 生物固定化载体材料

瓜尔胶可用于固定化酪氨酸酶生物膜的制备。将3％琼脂糖和1％瓜尔胶的水溶液各1mL混合后，并加入适量的酪氨酸酶，然后在玻璃板表面上成膜，干燥后可获得理想的生物膜，酪氨酸酶被包埋在琼脂糖-瓜尔胶合成的基质中。利用生物膜构建出电化学生物传感器，对儿茶素的测定范围6×10-5mol/L~8×10-4mol/L，可重复使用20次。

2. 在药物控制释放领域的应用

瓜尔胶是半乳甘露聚糖类天然高分子，它只被结肠部位细菌降解，是靶向结肠释药载体的重要候选材料，但其高的水溶性和膨胀性导致药物胃内释放，使应用受到限制。通过自由基聚合，用pH敏感的高分子材料聚丙烯酸与瓜尔胶制成GG/PAA半互穿网络水凝胶，借助聚丙烯酸的pH敏感性保护药物通过胃部，抵达结肠时瓜尔胶降解，为释药提供通道。结果表明调整GG、PAA用量以及pH可改变水凝胶的溶胀性能，有望通过调整配方，提高体系作为药物载体时靶向结肠的稳定性。在阳离子瓜尔胶(CGG)与丙烯酸单体(AA)通过光催化自由基聚合反应可以合成许多新的聚合电解质水凝胶。合成的CGG/AA凝胶对环境pH相当敏感，而酮类药物的释放严格依赖于pH，CGG/AA的比率以及基质材料的制备方法。亦即胃肠环境，凝胶分子大小，尤其是pH对药物的释放机制有很大关系。目前该类型凝胶应用在某些特效药物载体材料方面效果显著。以羧甲基纤维素钠与阳离子瓜尔胶为原料，制得不同配比的多糖共混膜，作为药物布洛芬的载体，研究发现介质pH对布洛芬药物释放影响，其次是共混膜的共混比例，药物含量在弱碱介质中有一定的影响，在酸性介质中基本无影响。瓜尔胶交联氧化后，与其它生物材料结合，可以确保药物封装的效率和控释度。瓜尔胶通常和戊二醛交联，包埋效率较高，可以阻止藻酸盐在pH较高的肠道内发生的快速分解，确保包埋药物的准确控释。瓜尔胶在和戊二醛交联后结合藻酸盐形成瓜尔胶/藻酸盐凝胶，冻干样品的溶胀速率在模拟胃肠环境下(～8.5)最适合药物释放，凝胶中蛋白药物释放在pH1.2时最小约20%，pH在7.4时达到90%，用于蛋白类药物的控释效果明显。

3. 在渔业和环保上的应用

瓜尔胶作为黏合剂加入饲料明显增强了鱼类粪便的颗粒稳定性和机械强度，便于粪便的及时清理，减轻了对鱼群的危害。不同质量和剂量的瓜尔胶作为鱼饲料黏合剂对鱼类排泄物稳定性的影响亦有不同，其中高等黏度的瓜尔胶效率为最，黏度和弹性模量分别达到了266％和209%。

主要参考资料

[1] 瓜尔胶的性质及其在卷烟纸生产中的应用

[2] 实用化学品配方手册

[3] 瓜尔胶及其衍生物最新研究进展