第 2期
顾宏新等: 羧甲基羟丙基瓜尔胶的流变特性
199
n 小于 1, 说明在实验条件下 CMH PG 水溶液 表现出非牛顿流体流变性质; k 值随浓度增大而增 大, 表明其增粘能力随浓度增大而增强 ; n 值随浓 度增大而减小, 则反映出溶液的剪切变稀性质 随 其浓度增大而进一步增强。 2 2 2 温度对粘度和零切粘度的影响 对浓度为 0 5% 的 CMH PG 溶液 在不同温 度
a aT 图
fo r 0 5 % o f CMH PG so lution at var ious te m peratures
在此基础上 , 用所求 ln o 对温度的倒数作图 ( 见图 2), 发现 ln o 与 1 /T 有较好的直线关系, 零 切 粘 度 随 温 度 升 高 而 降 低, 且 符 合 Andrade 公式: exp( E a /RT ) o= A 式中 R 为气体常数 , E a为粘流活化能。从图 3 中直线的斜率求得 0 5 % ( w t)的 CMH PG 溶液的 Ea 为 18 45 kJ / m ol 。 2 2 3 酸度对粘度的影响 在 25 测量 0 5% ( W t) 的 C MHPG 水溶液在 不同 p H 值条件下的粘度 , 结果如图 3 所示。可以 看出, 0 5 % C MHPG 溶液对酸的敏感程度远远大 于它对碱的敏感程度。水 溶液的粘度随溶液 p H 的降低迅速降低 , 随溶液 pH 的升高变化不大。
乙醇洗涤、 过滤、 干燥得样品。样品用水溶解后在 无水乙醇中沉淀 提纯、 过滤、 干燥, 用红外和核 磁 进行结构表征 , 用 B rook field LVDV 流变仪分 别考查不同浓度、 不同温度、 不同酸度和加入不同 氯化钠浓度时溶液的流变性。
2 结果和讨论
2 1 羧甲基羟丙基瓜尔胶的制备与表征 样品经红 外和核磁表征 , 确 定为目标 产 物羧甲基羟丙基瓜尔胶 ( 以下简称 CMH PG ), 其羧 甲基和羟丙基取代度分别为 0 32 和 0 28 。 2 2 羧甲基羟丙基瓜尔胶的流变特性 2 2 1 浓度对流变性质的影响 配制不同浓 度 CMH PG 的水溶液, 在不同剪切速率 下测定各溶 液的表观粘度 a, 均表现出剪切变稀的特征。以 ln a 对 ln 作图得到线性相关系数 R 均大于 0 97 的一组直线 (见图 1) 。由这些拟合直线的斜率和 截距分别求得相应的稠度系数 k 和粘性指数 n 值 ( 见表 1) 。溶液表观粘度随剪切速率的变化可以 [7 , 8] 用 Ost w a ld - Dew aele 方程描述出来 : ln
1 , 3 1 1 2
波
1 *
(1 . 四川大学化学学院; 2 . 四川大学高分子研究所; 四川 成都 3 . 新疆昌吉学院化学工程系, 新疆 昌吉 831100)
610064 ;
摘要 : 考查了羧甲基羟丙基瓜尔胶溶 液的流 变特性 , 发现 其水溶 液呈典型 的假塑 性 , 不同浓度 下溶液 表观 粘 度随剪切速率的变化可以用 O stwa ld- D e w aele方 程描述 ; 零切 粘度与 温度的 关系符 合 A ndrade 方程 ; 溶液 的 粘度 在酸性条件下随溶液 pH 的减小迅速降低 , 在 碱性条 件下则 变化不 大 ; 溶 液对 N aC l很敏 感 , 表 现出典 型 的聚电解质的特征。 关键词 : 羧甲基羟丙基瓜尔胶 ; 流变 ; 表观粘度 ; 零切粘度 中图分类号 : O 632 . 51 文献标识码 : A
收稿日期 : 2007 07 10 ; 修回日期 : 2007 11 28
= ln k+ ( n- 1) ln
其中 a 为表观粘度 , k 为稠度系数 , n 为流动 指数 , 为剪切速率。
联系人简介 : 江波 ( 1963 ) , 男 , 教授, 主要从事功能高分子的研究。 Em ai: l jiangbo @ ch in a . com
= ln
o
-
/b
对 0 5 % 的 CMH PG 溶液 在不同 温度下的 有 关实验数据进行回 归分析, 发现所有数据的拟 合 关系良好 ( R > 0 995) ( 见图 2) , 可从中求得对应 浓度和温度下的零切粘度 (
0 2
) 的对数 ln
o
。
图 2 不同温度下 0 5% CM HPG 溶液的 ln F ig 2 P lot o f ln
图 3 不同酸度下 0 5 % CMH PG 溶液的
a
对 pH 图 ( = 20 4s- 1 )
a
F ig 3 P lot o f
versus pH fo r 0 5 % o f CMH PG
so lu tion at var ious pH
200
化学研究与应用
第 20 卷
2 2 4 氯化钠浓度对粘度的影响 在浓度为 0 5 % ( w t) 的改性瓜尔胶水溶液中 加入 NaC,l 配制成 N aC l浓度分别为 1 0 %、 0 5 %、 0 2 %、 0 1 % 的 水溶液, 测 量各溶液粘度 ( 如 图 4 所示 )。发现 CMH PG 水溶液的粘度对 N aC l极为 敏感, 其粘度随盐的加入而迅速降低, 以后随盐浓 度 的 增 大 变 化 趋 于 平 缓。 0 1 % 的 N aC l 使 得 CMH PG 水溶液的粘度下降 87 % , 表现出聚电解质 [2 , 11 ] 溶液的通性 。
瓜尔胶 ( guar gum ) 是一种 天然植物籽 胶, 属 于半乳甘露聚糖 , 是 目前已知的水溶性最好的天 然高分子之一。瓜尔胶通过化学改性可以进一步 改善其性能, 扩大其应用范围。瓜尔胶及改性瓜 尔胶被广泛应用于石油开采、 食品加工、 造纸、 纺 [ 1~ 3] 织、 日化、 采矿和医药等领域 。羧甲基羟丙基 瓜尔胶是同时联结了羧甲基和羟丙基两种取代基 团的阴离子型瓜尔胶衍生物 , 国内对它的研究较 少 , 其水溶液流变性质还末见 文献报道。本文研 究了羧甲基羟丙基瓜尔胶水溶液的流变特性及影 响因素 , 以期 为其 实 际应 用 开发 提 供有 价 值的 参考。
图 1 不同浓度下 CMHPG 溶液的 ln F ig 1 P lot o f ln
a a
对 ln 图
下测量其流变, 发现溶液表观粘度在不同剪切 速 率下 均 随 着温 度 的 升 高 而 降 低。 用 Spencer D illo n经验公式 ln
a [ 9, 10]
versus ln for aqueous CMHPG
第 20 卷第 2 期 2008 年 2 月
化 学研究与应用 Chem ica lR esea rch and A pp lication
Vo. l 20, N o . 2 F eb. , 2008
文章编号: 1004 1656( 2008) 02 0198 03
羧甲基羟丙基瓜尔胶的流变特性
顾宏新 , 陈雁南 , 王亚玲 , 王 克 , 江
a [ 4- 6]
1 实验部分
1 1 实验仪器及试剂 B rook field LVDV - 流变仪 ; N ICOLET MX 1E FT - I R 傅立叶红外光谱仪。 瓜尔胶样品 ( G55) 由中石油京昆油田科技有 限公司提供 ; 其它试剂均为分析纯。 1 2 实验方法 将 20g 瓜尔胶粉搅拌分散在 60g 四氢呋喃中, 加入 10g 40% 氢 氧 化 钠 溶 液, 在 25 下 碱 化 45m in , 再加入 15g 50 % 氯乙酸钠溶液和 4g 环氧丙 烷 , 加热至 45 反应 4h , 产物用乙酸中和、 80 %的
Rheological characteristics of aqueous solutions of carboxyl m ethy lhydroxypropyl guar gum
图 4 不同 N aC l浓度下 0 5% CMH PG 溶液的粘度
a
( = 20 4s- 1 )
F ig 4 P lo t of
a
for 0 5% o f CMH PG so lu tion a t
参考文献:
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