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两性瓜尔胶水溶液浓度对其动态黏弹和触变性能的影响

发布日期:2015-07-15 11:41:52
两性瓜尔胶水溶液浓度对其动态黏弹和触变性能的影响
天然多糖具有来源丰富、可生物降解和良好的 生物相容性,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11-21。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彳艮少见有研究 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一两性瓜尔胶衍生物为 研究对象,首次考察了其溶液浓度对体系储能模量 (G')、损耗模量(G)复合黏度(n*)及触变 性能的影响,以期为其实际应用提供依据和参考
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,本研究所有动态频率 扫描测试的应变幅度均固定在0.5%。
对不同浓度试样溶液体系的动态损耗角对频率作图,结果见图3在整个测试频率范 围内,其tan殖绝大多数情况下随浓度増大而减 少。一般而言,tan却!越大,体系耗散能量的能 力越强,其内耗或内摩擦力越大13。浓度较高的 两性瓜尔胶水溶液具有较低的tan却值表明该体 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。
给出了不同浓度试样溶液的动态复数黏度 (n)随频率的变化。在低频区域内体系有较高的 n值,而在高频区域内则有较低的n值,且n 值随频率増大而减少,表现出类似于“剪切变稀” 现象14。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n越大;相比之下,高浓弹性为主的黏弹效应。
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増强。
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増加,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。