田菁胶的制备

背景及概述^[1][2]

田菁胶是一种天然多糖类高分子物质，资源丰富、无毒。它是由一年生豆科植物田菁的种子内胚片通过机械和化学处理提取而成，其主要成分是半乳甘露聚糖，田菁胶独特的化学组成和单糖配比结构，使得其很容易溶于水中，对环境和有机体不产生伤害。然而未经改性的原粉其水合速度及黏度均达不到胶黏剂的国家标准，流动性和渗透性较差。田菁胶的理化性能、化学结构与其同类产品瓜尔胶都十分相似，价格便宜，而且我国是世界上唯一生产田菁的国家，来源广泛，有必要通过对田菁胶进行改性，研制出一种价格便宜、性能良好的压裂液用稠化剂。

田菁胶

应用^[3]

田菁胶是从天然植物田菁种子的内胚乳中提取的一种植物胶，难溶于乙醇、丙酮、乙醚等有机溶剂，易溶于水，常温下能分散于冷水中，呈黏稠状，形成黏度很高的水溶胶，具有絮凝和沉降作用、极强的交联性能、毒性极低、使用安全，因而在食品加工业、化学工业、石油工业、煤炭工业、造纸工业、环境保护等众多领域中得到广泛应用。

田菁胶，是一种由豆科植物田菁的胚乳中提取出来的多糖类胶质，是我国特有的天然多糖，平均分子量为2.3×105~3.4×105，且大部分是半乳甘露聚糖以及它的主要结构包括β(1→4)糖苷键连接甘露糖和α(1→6)糖苷键连接半乳糖的侧链。其理化性质和化学结构与瓜尔胶相似，值得指出的是田菁胶因其显著的膨胀率和高粘度性，使其具有优异的保水性，可应用于保水剂的研发方面。然而，田菁胶也表现出“弱凝胶”状特性，从而使得成胶强度过低，且胶体稳定性偏弱,成胶速度和成胶时间也不太理想。为了解决上述问题，田菁胶通常需要结合机械结构稳定的高分子材料，复合形成坚韧的双网络体的凝胶，使其亲水性能得以施展。例如，通过本实验研究发现，纤维素与田菁胶结合可增强其多孔结构的骨架。

目前田菁胶主要用于石油、采矿等行业，例如在石油工业上，用作配制水基压裂液和井下临时封堵剂，在采矿工业上，用作浆状炸药的胶凝剂。到目前为止，国内外尚未发现有关于田菁胶用于钻井冲洗液方面的报导和专利。英国有一项关于用瓜尔胶、木质素磺酸盐和氧化镁配制的无粘土钻井冲洗液的专利（GB1542960）。瓜尔胶的组成、结构和性能与田菁胶类似。本发明的任务是用田菁胶配制新型的无粘土钻井冲洗液。

田菁胶钻井冲洗液是以田菁胶粉为基本原料，加入含锌、钾离子的可溶性无机盐（例如氯化锌和氯化钾）和氢氧化钠等添加剂配制而成，也可用硼砂（四硼酸钠）代替含锌离子无机盐。一般配方是：田菁胶粉2-10公斤/立方米，氯化锌0.1-1.5公斤/立方米，氢氧化钠0.1-1.2公斤/立方米，氯化钾0-50公斤/立方米。性能：表观粘度5.5-47厘泊，塑性粘度5-22厘泊。动切力4.8-240达因/平方厘米，失水量6-30毫升/30分钟，酸碱度7-12。

对于一般复杂地层的配方：田菁胶粉2-6公斤/立方米，氯化锌0.4-0.8公斤/立方米，氢氧化钠0.3-0.7公斤/立方米。性能：表观粘度8.5-24.5厘泊，塑性粘度8-14厘泊，动切力4.8-100.8达因/平方厘米，失水量7.5-16毫米/30分钟，酸碱度8-9。

对于水敏性地层的配方：田菁胶粉4-8公斤/立方米，氯化锌0.4-0.8公斤/立方米，氢氧化钠0.3-0.6公斤/立方米，氯化钾10-30公斤/立方米，性能：表观粘度16.5-35.5厘泊，塑性粘度11-19厘泊，动切力52.8-158.4达因/平方厘米，失水量7-8.2毫升/30分钟，酸碱度8-9。

对于松散破碎及流砂砾石地层的配方：田菁胶粉4-8公斤/立方米，硼砂0.05-0.4公斤/立方米，氢氧化钠0.05-0.1公斤/立方米，甲醛0.3-0.5公斤/立方米。性能：冲洗液呈凝胶状，漏斗粘度流不下，失水量8-9毫升/30分钟，酸碱度8-9。

制备^[2]

将干净干燥的田菁种子投入粉碎机，过60目后投入反应锅，加5倍量的乙醇，并加入适量硫酸氢钠溶液，使乙醇略显碱性，搅拌、浸泡10h，真空过滤分离，滤饼再经碱性乙醇漂洗3次，过滤得滤饼，将其投入20倍量的去离子水中，浸泡2h后于高速打浆机中，打成浆料后转入浸提器，加入滤饼量2%的纤维素酶，于55℃和pH6.8的条件下，搅拌酶解60min，然后加入1%中性蛋白酶，继续搅拌酶解100min，迅速升温至98℃灭酶，并保温浸提20min，离心沉降分离，得离心液，滤渣用水浸洗3次，每次20min，离心沉降分离，合并离心液和浸洗液，将合并的离心液和浸洗液投入电渗析槽中300min，通过半透膜除去小分子，田箐胶大分子物质（半乳甘露聚糖）则留在半透膜内，得渗析液后置于真空冷冻干燥器中，真空度3KPa和-15℃下干燥得到絮状物，经粉碎，过120目，得到成品田菁胶粉。

主要参考资料

[1] 王宗训. (1982). 田菁胶及其应用. 科学出版社.

[2] 王伟义, & 孙扣忠. (2001). 田菁胶的理化性能. 中国胶粘剂, 10(005), 35-37.

[3] 李德亮, & 张同欣. (1999). 田菁胶在麦草造纸中的应用研究. 中国造纸.