对磺酸基羟丙基瓜尔胶的内在结构和表观形态进行了表征，通过红外光谱、扫描电镜、 核磁图谱、DSC曲线、XRD曲线进行分析。通过对外加盐、酸度对瓜尔胶水溶液的流变 特性进行了研究探讨。对于不同取代度和不同浓度的瓜尔胶水溶液的流变特性进行了分析研究。
3.1横酸基几丙基瓜尔胶的结构的表征 3.1.1横酸基羟丙基瓜尔胶样品的纯化称取一定量经过干燥的样品加入一定量的去离子水中，连续不断搅拌8小时左右至样 品完全溶解，配成质量浓度为1%的瓜尔胶水溶液，然后将所配制溶液缓慢倒入无水乙醇 中并不断的搅拌，此时磺酸基羟丙基瓜尔胶以白色絮状沉淀的形式从溶液中分离出来，未 反应的和新生成的小分子物质则溶解在水中，通过过滤可以把它们相互分开。过滤后的产 物再用无水乙醇洗洗涤沉淀，在50°C下干燥至恒重即得到纯化样品。
3.1.2罐酸基羟丙基瓜尔胶红外光谱表征取经过分离提纯的磺酸基羟丙基瓜尔胶，采用KBr压片法制样，使用赛默飞世尔科技 有限公司生产的NICOLET islO FT-TRX型傅立叶红外变换光谱仪对产物结构进行表征。
3.1.3横酸基羟丙基瓜尔股形貌的扫描电镜观察取经过分离提纯的磺酸基羟丙基瓜尔胶，使用日本日立公司生产的SU1510扫描电子显 微镜对产物的表观形貌进行观察。
3.1.4罐酸基羟丙基瓜尔胶的1H-NMR图谱表征取经过分离提纯的磺酸基羟丙基瓜尔胶，采用D2H为溶剂，使用布鲁克公司生产的 Aduance iii 400MHZ全数字化核磁共振波谱仪对产物进行结构表征。
3.1.5罐酸基羟丙基瓜尔胶的DSC图谱表征取经过分离提纯的磺酸基羟丙基瓜尔胶，使用美国TA仪器公司生产的Q200差示扫描 量热仪对产物进行图谱表征。
3.1.6横酸基羟丙基瓜尔胶的XRD图谱表征取经过分离提纯的磺酸基羟丙基瓜尔胶，使用布鲁克AXS公司生产的D8 X射线衍射仪 对产物进行图谱表征。
3.2磺酸基羟丙基瓜尔胶的流变性能的测定3.2.1不同浓度磺酸基羟丙基瓜尔股水溶液的流变特性测定将磺酸基羟丙基瓜尔胶配制成浓度0.1%、0.2%、0.3%、0.5%、0.6%的水溶液，在 剪切速率下，用NDJ—79型旋转粘度计在25 °C测量水溶液的流变特性。
3.2.2不同酸度石黄酸基几丙基瓜尔胶水溶液的流变特性测定在浓度为0.5%的磺酸基羟丙基瓜尔胶水溶液中，分别加入不同量的盐酸或氢氧化钠的 水溶液，配制成酸度分别为pH2.2、pH3.9、pH6.1、pH6.8、pH9.4、pH10.3、pH11.2的水溶液，用NDJ—79型旋转粘度计在25 °C测量水溶液的流变特性。
3.2.3NaCl对磺酸基羟丙基瓜尔股流变特性的影响的测定在浓度为0.5% (wt%)的磺酸基羟丙基瓜尔胶水溶液中，分别加入不同质量的NaCl， 配制成浓度分别为0.1%、0.2%、0.5%、0.7%、1.0% (wt)的水溶液，用NDJ—79型旋转粘度计在25 °C测量水溶液的流变特性。
3.2.4不同夕卜力口盐石黄酸基几丙基瓜尔股水溶液的流变特性测定在浓度为0.5%的磺酸基羟丙基瓜尔胶水溶液中，分别加入不同质量的NaCl、MgCl2、 A1C13，配制成浓度为0.1%、0.3%、0.5%、0.7%、1.0%的水溶液。用NDJ—79型旋转粘度计在25 °C测量水溶液的流变特性。
3.2.5不同取代度对横酸基羟丙基瓜尔胶水溶液的水不溶物含量的测定对于在不同投料比下制备的磺酸基羟丙基瓜尔胶，测得取代度分别为0.00、0.08、0.12、 0.20、0.26、0.31、0.42。测定其水不溶物的含量。
3.2.6不同取代度对磺酸基羟丙基瓜尔胶水溶液的流变特性测定对于在不同投料比下制备的磺酸基羟丙基瓜尔胶，测得取代度分别为0.00、0.08、0.12、 0.20、0.26、0.31、0.42。用NDJ—79型旋转粘度计在25°C测量水溶液的流变特性。
3.3续酸基寒丙基瓜尔胶的结构的分析3.3.1磺酸基羟丙基瓜尔胶红外光谱分析通过瓜尔胶原粉与经过分离提纯的磺酸基羟丙基瓜尔胶的红外图谱对比，磺酸基羟丙 基瓜尔胶在1034cm\ 1232cirT处出现了磺酸基的吸收峰，在3359?3510cm_处出现了缔合 羟基的0—H键的伸缩振动吸收峰。由图3-1可知，证实了所得产物为磺酸基羟丙基瓜尔图3-1瓜尔胶的红外图谱 Fig.3-1 IR spectrum of guar gum3.3.2瓜尔胶与横酸基羟丙基瓜尔胶微观形态分析图3-2和图3-3是瓜尔胶原粉和经过分离提纯的磺酸基羟丙基瓜尔胶在扫描电子显微 镜下放大4000倍的图像，可以看出，两者的微观形态基本一致，粒度分布差异并不大， 但改性产品的表面较瓜尔胶原粉的表面有更多的颗粒生成，表面性能有了一定的改变。
图3-2瓜尔胶的扫描电镜图像 Fig.3-2 The SEM image of guar gum图3-3磺酸基羟丙基瓜尔胶的扫描电镜图像 Fig.3-3 The SEM image of Sulfonic acid hydroxypropyl guar gum3.3.3横酸基羟丙基瓜尔胶和瓜尔股原粉的^-NMR图谱分析图3-4和图3-5是瓜尔胶原粉和经过分离提纯的磺酸基羟丙基瓜尔胶的核磁图谱，通 过瓜尔胶原粉与经过分离提纯的磺酸基羟丙基瓜尔胶的核磁图谱对比，在磺酸基羟丙基瓜 尔胶5=3.5的时候有一个甲基峰出现，5=5.38, 5.25为C6位吸收峰，在5=5.39, 5.61为发 生取代的C6位的吸收峰，即C6SK收峰产生了低场位移，是由于碳位的羟基发生了磺酸 化取代，可以判断磺酸基团的取代主要发生在C6的羟基上。
y\J7.5 7.0 6.5 6.0 5.5 5.0 4.5 4.0 3.5 a〇 25 20 1.5 1.0 0.5ppm图3-4瓜尔胶的核磁图谱 Fig.3-4 The1 H-NMR spectrum of guargum图3-5磺酸基羟丙基瓜尔胶的核磁图谱 Fig.3-5 The^-NMR spectrum of Sulfonic acid hydroxypropyl guar gum3.3.4磺酸基羟丙基瓜尔胶和瓜尔胶原粉DSC图谱分析-0.6--0.8-(3>)-/贤?--2.4--2.6-图3-6和图3-7是瓜尔胶原粉和经过分离提纯的磺酸基羟丙基瓜尔胶的DSC曲线。从 图3-6和图3-7的DSC曲线对比中发现，瓜尔胶原粉在102°C附近存在一个较明显的熔融 吸热峰，而磺酸基羟丙基瓜尔胶的熔融吸热峰在120°C附近，磺酸基羟丙基瓜尔胶的熔融 吸热峰向高温方向转移，说明改性的磺酸基羟丙基瓜尔胶相态比瓜尔胶原粉更稳定。
~I 1 I 1 I 1 I 1 I 1 I6080100120140160猜。C图3-6瓜尔胶原粉的DSC图谱 Fig.3-6 The DSC spectrum of guargum-1.8-图3-7磺酸基羟丙基瓜尔胶DSC图谱 Fig.3-7 The DSC spectrum of Sulfonic acid hydroxypropyl guar gum3.3.5磺酸基羟丙基瓜尔胶和瓜尔胶原粉的XRD图谱分析图3-8是瓜尔胶原粉和经过分离提纯的磺酸基羟丙基瓜尔胶XRD曲线。可以看出，瓜 尔胶原粉在17°和20°附近都有晶体峰出现。改性后的磺酸基羟丙基瓜尔胶在17°和20°峰 强度变小，说明磺酸基羟丙基瓜尔胶相对于瓜尔胶原粉在晶体形态上有了变化。
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图3-8瓜尔胶原粉和磺酸基羟丙基瓜尔胶的XRD曲线 Fig.3-8 The DSC spectrum of guargum and Sulfonic acid hydroxypropyl guar gum3.4横酸基择丙基瓜尔胶流变性能的分析3.4.1不同浓度横酸基择丙基瓜尔胶水溶液的流变特性将磺酸基羟丙基瓜尔胶配制成浓度0.1%、0.2%、0.3%、0.5%、0.6%的水溶液，在不 同剪切速率下测定各溶液的表观粘度。从图3-9中可以看出，不同浓度的磺酸基羟丙基瓜 尔胶溶液的表观粘度均随剪切速率的增大而减小，且溶液的浓度越大，这种趋势就越明显。 在同：一剪切速率下，不同浓度的溶液的表观粘度随溶液浓度的增大而增大。体系的表观粘 度随剪切速率的增加而减少，具有剪切变稀性质，这是由于瓜尔胶溶液为典型的假塑性流 体。
0. 1%0. 2% -A- 0. 3% 0. 5% 0. 6%s .Ed曰/蹈刍窝懈别切速率/s图3-9不同浓度的磺酸基羟丙基瓜尔股溶液的流变曲线 Fig.3-9 The rheological curve of different concentrations of sulfonic acid hydroxypropyl guar gum solution3.4.2不同酸度磺酸基羟丙基瓜尔胶水溶液的流变特性在浓度为0.5%的磺酸基羟丙基瓜尔胶水溶液中，分别加入不同量的盐酸或氢氧化钠的 水溶液，配制成酸度分别为 pH2.2、pH3.9、pH6.1、pH6.8、pH9.4、pH10.3、pH11.2 的水o o o o 2 0 8 6溶液，在25°C测量磺酸基羟丙基瓜尔胶水溶液的表观粘度。由图3-10可以看出，0.5%的 磺酸基羟丙基瓜尔胶水溶液对酸的敏感程度远远大于对碱的敏感程度。其原因可以通过对 它的分子结构的分析来得到：其分子结构中存在活性较高的磺酸基，以阴离子形式存在。 加入盐酸时，增大溶液酸度，溶液中H+离子的浓度增加，它会与磺酸基羟丙基瓜尔胶分子 中部分阴离子基团结合使阴离子聚合物的解离度降低，所带电荷数减少，以致其分子间相 互排斥作用减弱，链会发生蜷曲，尺寸会缩小。增大溶液酸度，溶液的表观粘度迅速降低。 加入碱时，虽然也增加了阳离子浓度，由于电解质效应会使溶液的粘度降低，但同时也引 入了 〇H_，它会与溶液中的H+离子结合致使阴离子聚合物的解离度增大，加强了高分子间 的相互排斥作用，使溶液粘度有增大的趋势。两种因素共同作用的结果，使溶液粘度随pH 值增大略有降低。
PH图3-10不同酸度下0.5%磺酸基羟丙基瓜尔胶的表观粘度 Fig.3-10 The apparent viscosity of under different acidity 0.5% sulfonic acid hydroxypropyl283.4.3NaCl对横酸基几丙基瓜尔胶流变特性的影响在浓度为0.5% (wt%)的磺酸基羟丙基瓜尔胶水溶液中，分别加入不同质量的NaCl， 配制成浓度分别为0.1%、0.2%、0.5%、0.7%、1.0% (wt)的水溶液，测量其流变特性随 盐的变化。由图3-11可以看出，磺酸基羟丙基瓜尔胶水溶液的粘度对NaCl极为敏感，其 粘度随盐浓度增大而降低，表现出聚电解质的通性。
图3-11不同NaCl浓度下磺酸基羟丙基瓜尔股的表观粘度 Fig.3-11 The apparent viscosity of different concentrations of NaCl sulfonate hydroxypropyl guar gum3.4.4不同外加盐横酸基几丙基瓜尔胶水溶液的流变特性在浓度为0.5%的磺酸基羟丙基瓜尔胶水溶液中，分别加入不同质量的NaCl、MgCl2、 A1C13，配制成浓度为0.1%、0.3%、0.5%、0.7%、1.0%的水溶液。由图3-12可以看出，无机盐使水溶液中磺酸基羟丙基瓜尔胶的表观粘度减少的先后顺序为AlCl3>MgCl2>NaCl，这 是由于三价金属离子比二价金属离子具有更强的电中和作用，二价金属离子的电中和作用 强于一价金属离子。
450-Ift400-\C/wt%图3-12不同外加盐下0.5%的磺酸基羟丙基瓜尔胶的表观粘度 Fig.3-12 The apparent viscosity of different added salts of 0.5% sulfonic acid hydroxypropyl g3.4.5不同取代度对磺酸基羟丙基瓜尔胶水溶液的水不溶物含量对于在不同投料比下制备的磺酸基羟丙基瓜尔胶，测得取代度分别为0.00、0.08、0.12、 0.20、0.26、0.31、0.42。测定其水不溶物的含量。由图3-13可以看出，随着取代度的增大， 水不溶物的含量明显降低，不过当增大到0.31时候，增大趋势逐渐趋于平缓。这是因为在 瓜尔胶的分子结构中引入极性亲水性基团磺酸基和羟丙基，可以提高瓜尔胶的亲水性，使 水不溶物含量减少，而且随着取代度的增大，作用越明显。
0.000.050.100.150.200.250.300.350.400.450.50取倾图3-13不同取代度的磺酸基羟丙基瓜尔胶的水不溶物含量 Fig.3-13 The insoluble residue of the different degree of substitution of the sulfonic acid hydroxypropyl guargum3.4.6不同取代度对磺酸基羟丙基瓜尔胶水溶液的流变特性对于在不同投料比下制备的磺酸基羟丙基瓜尔胶，测得取代度分别为0.00、0.08、0.12、 0.20、0.26、0.31、0.42。测定其0.5%的水溶液的表观粘度。由图3-14可以看出，随着取 代度的增大，表观粘度逐渐减小，在取代度大于0.26的时候，减小趋势逐渐趋于平缓。这 是因为随着取代度的增大，破坏了相当数量的氢键，使分子间作用力削弱，分子变得较为 舒展，表观粘度降低。
3600-3300-3000-0.000.050.100.150.200.250.300.350.400.450.50取倾图3-14不同取代度的磺酸基羟丙基瓜尔胶溶液的表观粘度 Fig.3-14 The apparent viscosity of the different degree of substitution of the sulfonic acid hydroxypropyl guargum3.5小结⑴采用红外光谱、扫描电镜、核磁图谱、DSC曲线、XRD曲线对磺酸基羟丙基瓜尔 胶的表观形态和内在结构进行了表征。通过对图谱的分析得出，3-氯-2-羟基丙磺酸钠已成 功接枝到瓜尔胶上了。
⑵通过对外加盐、酸度、取代度和不同浓度的瓜尔胶水溶液的流变特性的研究，结果 发现，随着外加盐浓度的增大，表观粘度逐渐减小，表现出明显的聚电解质的通性；随着 酸度的增大，表观粘度先增大到最大点，再逐渐减小，但减小趋势趋于平缓，表明对酸的 敏感程度远远大于对碱的敏感程度；随着取代度的增大，水不溶物含量和表观粘度逐渐减 小；随着剪切速率的增大，表观粘度逐渐减小。