全 文 ：收稿日期: 2002- 09- 05
基金项目: 国家“十五”科技攻关课题 ( 2001BA502B03-2)
季铵型阳离子皂荚胶的合成
孙达峰　蒋建新　杨晓琴　张卫明
(南京野生植物研究院 ,江苏 南京 210042)
摘　要　本文介绍了以皂荚胶粉 ,与阳离子试剂 3-氯 -2-羟丙基三甲基氯化铵 ( C HPTMA)为原料 ,制备季铵型阳离
子皂荚胶 ,通过正交试验确定了生产一定取代度胶粉的最佳反应条件: 反应温度 65℃ ;反应时间 6h;氢氧化钠与阳
离子试剂摩尔比为 0. 8;乙醇质量分数 90%。
关键词　皂荚胶粉 ;阳离子试剂 ;正交试验 ;取代度
The Synthesis of Quarternary Ammonium Cation Gleditisia Sinensis Gum
Sun Dafeng , Jiang Jianxin, Yang Xiaoqin, Zhang Weiming
( Nanjing Insti tute fo r Uti li zation o f Wild Plant , Nanjing 210042)
Abstract　 This a rticle int roduces the method o f prepa rtion of quar terna ry ammonium cation
Gledit isia sinensis modified gum. The raw ma terial is Gledi tisia sinensis gum powder , and cation
reagent is 3-chlo rine-2-hydroxypropy l t rimethy l ammonium chlo ride. w e acquire the best
conditions of prepartion of certain deg ree of substi tution gum powder by o rthogonal experiments.
Key words　 Gledi tisia sinensis gum powder; Cation reagent; Orthogonal design; Deg ree of
substitution
　　皂荚胶属多糖类天然高分子化合物 ,其具有较
好的水溶性和交联性 ,且在低浓度下能形成高粘度
的水溶液。所以被作为增稠剂、稳定剂、粘合剂而广
泛应用于石油钻采、食品医药、纺织印染、造纸等行
业。季铵型阳离子皂荚胶粉的取代度为 0. 25～ 1. 0
在化妆品中的应用十分广泛。在造纸上阳离子皂荚
胶粉与阳离子淀粉按一定比例混合 ,可以提高纸张
强度和滤水性比单独使用两者中的任何一种效果都
好。
关于皂荚胶的化学改性研究未见报道。我国皂
荚资源丰富 ,因此开发季铵型阳离子改性胶粉的意
义十分重大。 笔者通过正交试验确定了季铵型阳离
子化学改性皂荚胶粉的最佳反应条件 ,为工业化生
产提供依据。
1　实验部分
1. 1　原料、试剂与仪器
皂荚胶粉 (过 100目筛 ) , 3-氯 -2-羟丙基三甲基
氯化铵 ( 69%水溶液 )工业级 ,乙醇、氢氧化钠等其他
试剂均为 AR级。
真空泵 ,真空干燥箱 ,烘箱 ,电子分析天平 ,恒温
水浴锅 ,电动搅拌器 ,凯氏定氮装置 ,氮气瓶。
1. 2　反应原理 [1 ]
3-氯 -2-羟丙基三甲基氯化铵在碱性条件下 ,很
快转变成活性高的环氧结构。 该产物与皂荚胶粉结
构单元上三个羟基中的活泼氢原子反应 ,其化学反
应式如下:
CH2-CH-CH2-( CH3 ) 3N Cl+ OH
CH2
O
CH CH2 ( CH3 ) 3N Cl + Cl
-+ H2O
nCH2
O
CH CH2 ( CH3 ) 3N Cl + [C6H7O2 ( O H) 3 ]n
[C6 H7O2
( O H)2
O CH2
OH
CH -CH2-( CH3 ) 3N CI]n
1. 3　实验操作
称取 20 g皂荚胶粉置于 250 mL三口烧瓶中 ,
接回流冷凝装置 ,加 90%乙醇 100 mL,通 N2 , 200～
第 22卷第 6期
2003年 10月　　　　　　　　　　　　　　中 国 野 生 植 物 资 源Chinese Wild Plant Resources　　　　　　　　　　　 Vo l. 22 No. 6Dec. 2003
250 r /min搅拌 10min, 3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵
( 69%水溶液 ) 20. 69 g置于恒压滴液漏斗滴加
15 min加完 , 8. 1 g氢氧化钠 ( 30%水溶液 )滴加
15 min,水浴升温至 65℃ ,保持此温度反应 6 h,降
温至 20～ 25℃ ,加入 50 mL无水乙醇 , 5 mL冰乙
酸 ,搅拌 15 min,抽滤。 90%乙醇 100 mL洗涤 1次 ,
第 2次用 100 mL无水乙醇洗涤 ,自然干燥 15 min,
置于 50℃左右真空干燥器中烘干 ,粉碎得产品。
1. 4　取代度的测定
取代度是指胶粉分子中每个葡萄糖单元上的羟
基被取代的平均数 [2 ]。 制备季铵型阳离子皂荚胶所
使用的阳离子试剂是 3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵。
因此 ,可以通过测定皂荚胶粉与阳离子试剂反应后
的产物分子中氮元素含量的增加值 ,来确定皂荚胶
粉分子中葡萄糖甙元上的羟基被取代的量 ,从而计
算出取代度。
使用凯氏定氮法 [3 ]测定阳离子皂荚胶粉中氮元
素含量。
　　DS= 162×N
1400- 152N
式中: 162——葡萄糖基分子量 ;
　　 N—— 产物中增加的氮的百分含量 ;
　　 1400—— 氮原子量 ( 14× 100) ;
　　 152—— CH2-CH-CH2-( CH3 ) 3N Cl的分子量
　　　　　　　　　|
　　　　　　　　 OH
2　结果与分析
对影响取代度的因素: 反应时间、反应温度、氢
氧化钠与阳离子试剂的比值、反应介质乙醇的浓度。
安排四因素四水平 L16正交试验 ,试验结果见表 1。
表 1　四因素四水平正交试验结果
序号 反应时间
( A) /h
反应温度
( B) /℃
M ( NaOH) /M阳
离子试剂 ( C) /mo l
乙醇
( D) /%
取代度 序号 反应时间
( A) /h
反应温度
( B) /℃
M ( NaO H) /M阳
离子试剂 ( C) /mo l
乙醇
( D) /%
取代度
1 1. 0 55 0. 6 90 0. 02 14 6. 0 65 1. 0 90 0. 27
2 1. 0 65 0. 8 80 0. 10 15 6. 0 75 0. 8 60 0. 21
3 1. 0 75 1. 0 70 0. 05 16 6. 0 85 0. 6 70 0. 13
4 1. 0 85 1. 2 60 0. 11 Ⅰ 0. 28 0. 27 0. 46 0. 65
5 2. 5 55 0. 8 70 0. 03 Ⅱ 0. 39 0. 69 0. 59 0. 46
6 2. 5 65 0. 6 60 0. 15 Ⅲ 0. 66 0. 51 0. 52 0. 38
7 2. 5 75 1. 2 90 0. 11 Ⅳ 0. 73 0. 59 0. 51 0. 57
8 2. 5 85 1. 0 80 0. 10 Ⅰ /4 0. 07 0. 068 0. 115 0. 163
9 4. 0 55 1. 0 60 0. 10 Ⅱ /4 0. 098 0. 173 0. 148 0. 115
10 4. 0 65 1. 2 70 0. 17 Ⅲ /4 0. 165 0. 128 0. 13 0. 095
11 4. 0 75 0. 6 80 0. 14 Ⅳ /4 0. 183 0. 148 0. 128 0. 143
12 4. 0 85 0. 8 90 0. 25 极差 R 0. 113 0. 105 0. 033 0. 068
13 6. 0 55 1. 2 80 0. 12
　　由表 1可见 ,对取代度影响因素顺序为: A> B
> D> C。 即反应时间对取代度的影响最大 ,反应温
度次之 ,反应介质乙醇浓度较小 ,氢氧化钠与阳离子
试剂的摩尔比最小。最佳工艺条件为:反应时间 6h,
反应温度 65℃ ,氢氧化钠与阳离子时间的摩尔比 0.
8,反应介质乙醇质量分数 90% 。
3　结　论
取代度是季铵型阳离子皂荚胶粉性质的重要指
标。在反应工艺条件一定的情况下 ,季铵型阳离子皂
荚胶粉的取代度随阳离子试剂用量的增加而增大。
通过正交试验确定了在阳离子试剂用量一定的情况
下 ,制备最高取代度的最佳反应工艺条件。提高了生
产不同使用要求产品时的阳离子试剂的利用率。
参考文献:
[ 1]　严　瑞 . 水溶性高分子 . 北京:化学工业出版社 , 1998: 388-
392.
[ 2 ]　冯本荣 . 季铵型阳离子淀粉的取代度 . 造纸化学品 , 1994. 6
( 4): 27- 29.
[3 ]　王福荣 . 工业发酵分析 . 轻工业出版社 , 24- 28.
49第 6期　　　　 　　　　　　　　　　孙达峰等: 季铵型阳离子皂荚胶的合成