天然多糖具有来源丰富、可生物降解和良好的 生物相容性，两性瓜尔胶衍生物由其改性制备的水溶性两性聚电解质 可望在石油开采、医药卫生、涂料及食品化工等领 域获得重要应用[1—2]。不同于常见的阴离子或阳离 子型聚电解质，两性聚电解质因其分子链中同时含 有正负电荷基团而具有特殊的溶液性能。研究多糖 类两性聚电解质的溶液流变性质，不仅有助于了解 其结构和性能的关系，而且有助于对蛋白质、核酸 类生物两性大分子溶液性质加深理解。然而，目前 这类研究大都局限于对一定剪切速率下溶液表观黏 度或剪切应力及其影响因素的了解，很少见有研究 涉及体系的动态黏弹及触变性能。由于大多数高分 子溶液均属于黏弹性流体，故有必要对多糖类两性 聚电解质溶液的动态流变行为进行研究。
本研究采用ARES先进流变扩展系统，以一种 新型多糖类两性聚电解质——两性瓜尔胶衍生物为 研宄对象，首次考察了其溶液浓度对体系储能模量 (!")、损耗模量（！"）、复合黏度（！！）及触变 性能的影响，以期为其实际应用提供依据和参考。
1实验部分
1. 1原料及其分析
两性瓜尔胶：美国ECONOMY公司产品，商 品名为E-AMPH0-S;基于元素分析结果，测得其 季铵阳离子基团含量为5.42x10_4mol/mL_1;对 分子链中阴离子基团进行定量分析，发现-C00H 含量为 8. 2x10_2mol/mL_1;黏度（1H，2h)为 3 000 mPa/s;水分含量为 9.0%; pH (1H，25 °C)为6.0; 100目颗粒度为100; 200目颗粒度为 80。
1.2动态流变性能测试
采用美国TA公司产ARES先进流变扩展系 统，以平行板（直径50 mm，间距1 mm)方式， 在25 C下（以恒温水浴槽控温）分别对不同浓度 试样溶液进行动态频率（0.1 ~ 100 rad/s)扫描， 测定其储能模量（！"）、损耗模量（！#)、动态损 耗角（tan")及动态复数黏度（！！）。为使有关 动态黏弹实验在保证线性响应的前提下进行，实际 测定时先考察不同应变条件下及的变化情况， 以确定适宜的应变值。
选择该仪器瞬态操作模式，控制温度为25 C， 剪切速率以顺时针方向在60 s内从0线性升到 400 s-1，再在60 s内从400 s-1降至0;每个区间以 对数形式采样20个数据点，由此考察不同浓度两 性瓜尔胶溶液的触变性能。
2结果与讨论
2. 1 线性黏弹测试条件的确定
为了保证实验测定在线性黏弹范围内进行，分 别考察了 4种浓度条件下试样水溶液的动态模量与 应变之间的相互关系。由图1所示有关应变扫描曲 线看出，在测试的浓度范围内，其动态模量在相当 宽的应变值内（0.1%~10%)基本上不随应变改 变而发生变化，表明两性瓜尔胶衍生物水溶液的线 性黏弹性范围较宽。基于此，本研宄所有动态频率 扫描测试的应变幅度均固定在0. 5%。
浓度对动态黏弹性能的影响
图2给出了浓度各为0.5%、1.0%、1.5&和 2.0%两性瓜尔胶水溶液动态模量（G"，G")随频 率的变化情况。从图2中看出，在相同的测定频率 情况下，体系的G"和G#值均随两性瓜尔胶水溶液 浓度增大而增大，即溶液浓度越高，体系的弹性和 黏性越强，表明溶液浓度影响体系的黏弹性能；宄 其原因，可能是因为分子链上同时含有正负电荷基 团的两性瓜尔胶衍生物，在高浓度条件下容易借静 电及其它分子间相互作用形成彼此缠绕的空间网络 结构，导致体系的黏弹性增强。对于考察的一定浓 度试样水溶液，发现在实验条件下体系的G"值既 可大于G#值、也可小于G#值，依赖于测定时所用 动态频率的大小。例如，对于浓度为0.5%的试样 溶液，当动态频率（！）在0.1 ~ 30 rad/s范围变 化时，其！"<!"，表明体系动态模量中黏性的贡 献超过弹性的贡献；而当！在30 ~ 100 rad/s范围 变化时，其G">G"，表明此时动态模量中弹性的 贡献超过黏性的贡献；其动态储能模量G" (!) — !和损耗模量G# (!) —！曲线均随频率！而上 升，两组曲线相交于30 rad/s处；相比之下，该体 系的弹性响应随频率增加较快。其它浓度试样溶液 动态模量随频率的变化呈现与上述相似的变化趋 势，但其G" (!) —！和！"（！）一！两组曲线相 交于更低的动态频率处，且试样溶液浓度越高，两 组曲线相交处的频率越低。例如，1.0%试样溶液 的相应曲线相交于3 rad/s，1.5%试样溶液的相应 曲线相交于0.8 rad/s，而2%试样溶液的相应曲线 则相交于0.1 rad/s。值得一提的是，2%试样溶液 在整个测试频率范围0. 1 ~ 100 rad/s内均表现出以 弹性为主的黏弹效应。
对不同浓度试样溶液体系的动态损耗角（tan ")对频率作图，结果见图3。在整个测试频率范 围内，其tan "值绝大多数情况下随浓度增大而减 少。一般而言，tan"值越大，体系耗散能量的能 力越强，其内耗或内摩擦力越大[3]。浓度较高的 两性瓜尔胶水溶液具有较低的tan "值，表明该体 系中链段运动的内摩擦阻力较小，亦即体系的黏性 响应相对较小而多表现出弹性行为。
10
1 10 100
/7(rad.s-1)
图3不同浓度两性瓜尔胶水溶液动态损耗角（tan") 与频率之间的关系
Fig. 3 The relation between dynamic loss tangent and frequency for aqueous amphoteric guar solutions with various concentrations (25 @ )
图4给出了不同浓度试样溶液的动态复数黏度 (#!)随频率的变化。在低频区域内体系有较高的 值，而在高频区域内则有较低的#!值，且#! 值随频率增大而减少，表现出类似于“剪切变稀” 现象[4]。由图4看出，相同测定频率下两性瓜尔胶 溶液的浓度越高，体系越大；相比之下，高浓 度试样溶液的“剪切变稀”现象似乎更明显。
d>/v
0.1
2. 3浓度对触变性能的影响
触变性作为一种重要的流变学现象，它在涂料 工业、油田开采、食品、医药卫生等领域有重要的 应用价值[5]。通过测定体系剪切应力一速率变化 往返曲线，考察了质量百分比各为0.2%、0.5%、 1.0%、1.5%的两性瓜尔胶水溶液的触变性能，结 果见图5。随两性瓜尔胶水溶液浓度的增加，其相 应剪切应力一速率变化往返曲线随之构成滞后圈; 当其浓度达到1.5%时，出现的滞后圈已十分明 显。通过采用微机积分方法求出相应滞后圈面积， 当溶液质量百分比分别为0.2%，0.5%，1.0%， 1. 5%时，滞后圈面积分别为54. 0，167. 9, 557. 9, 569.7 Pa • sGl，可发现滞后圈面积随浓度 增加而增大。由于触变性可借滞后圈面积的大小加 以表征，即滞后圈面积愈大，体系的触变性越强[5];
因此可认为，两性瓜尔胶水溶液的触变性可通过其 溶液浓度的大小加以调控，而适当提高溶液浓度则 可使体系的触变性能得到增强。
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