湿热胶体改性对谷朊粉流变学特性的影响

发布日期:2015-03-09 22:18:56
湿热胶体改性对谷朊粉流变学特性的影响
湿热胶体改性对谷朊粉流变学特性的影响,黏性和弹性是物质特性对施加应力产生响应的两个方面。当我们观察日常生 活中的刷涂料、嚼口香糖和和面团时,或者通过挤出机口模成形聚合物熔体,或 者快速充填注射机的模具等,许多流体在这些条件下显然具有黏弹性,即表现出 黏弹性双重性质。在某些过程中,弹性是阻碍高产率的主要因素;而在另外—些 过程,例如对于髙黏连续悬浮液中填料的沉淀,零剪切黏度是决定因素。
对于黏弹性聚合物,日益流行的试验方法不是施加恒定应力产生稳态流动, 而是给黏弹性样品施加振荡应力或振荡应变。振荡应力的试验常常称为“动态试 验,。湿热胶体改性谷朊粉流变学特性的影响,这种测定黏弹性的方法不同于蠕变回复试验。两种方法互为补充,因为某些 黏弹性性质用动态试验描述比较好,而另一些用蠕变回复试验更好。在这种动态 试验中,黏弹性液体甚至固体样品不会受机械搅乱,其内部结构也不会受破坏, 样品仅仅是在静态接受对其结构的流变学研究
在动态试验中测得的储能模量(G')代表聚合物的弹性,表示应力能量在试 验中暂时储存,以后可以恢复;损耗模量(G")意味着初始流动所用能量事实上 是不可逆损耗,已转变为剪切热,代表的是聚合物的黏性•,复合模量(G_)代表聚 合物反抗施加应变的总阻力,复合黏度(n*)代表物质对动态剪切的总阻抗。本 试验研究了果胶、海藻酸钠、明胶、羧甲基纤维素钠和瓜尔胶在湿热条件下对谷 朊粉流变学特性的影响。
6.2材料与方法 6.2.1试验材料与试剂
谷朊粉,果胶-谷朊粉复合物,CMC-谷朊粉复合物,湿热胶体改性对谷朊粉流变学特性的影响,海藻酸钠-谷朊粉复合物, 明胶-谷朊粉复合物,瓜尔胶-谷朊粉复合物分别按照第二章所述获得;硅油。
6_2.2仪器
安东帕流变仪MCR301,移液枪。
6.2.3试验方法
样品准备:称取5克样品,加适量蒸馏水,充分揉合后取适量水合样品于流 变仪中进行测量。
流变测试:使用直径为25毫米的平板传感器,在平板上放入适量样品,下移 平板传感器至平板间的间隔为1毫米,刮去多余的样品,在平板周围涂—层硅油 防止样品中的水分蒸发,然后静止5分钟使样品最大程度的松弛。振幅扫描时温 度设定为25BC,频率固定为1Hz,然后进行幅度扫描。频率扫描温度设定为25*0, 形变固定为〇. 1%,频率范围从〇. 01Hz到10Hz。温度扫描时频率固定为1Hz,形变 固定为0.1%,温度从25°C上升到100°CB
6.3结果与讨论
6.3.1振幅扫描
在温度25*C,频率1Hz条件下对未处理的谷朊粉进行振幅扫描,以确定谷阮 粉的线性黏弹性区域。试验结果如图6-1所示,在形变大于0.4236%,应力大于 26.62时,谷朊粉的黏弹性进入非线性黏弹性区域。所以在接下来的频率扫描试验 和温度扫描试验中,为了确保试验过程处于线性黏弹性范围,设定形变控制在 0.1%〇
Storage Modulus - Loss Modulus
6500-1
6000¬
【edl snlnpos-ejols
5500
5000
4500¬
4000*
3500¬
3000
2500¬
2000-
1E-30.010.11
Gamma [%]
图6-1未处理谷朊粉振幅扫描曲线
Fig.6-1 Storage modulus(G#,~) and loss modulus(G n,) versus amplitude for untrained
gluten
6.3.2频率扫描
图6-2为未改性谷朊粉的频率扫描图,从图中可以看出随着频率从0.01Hz到 10Hz的不断大,谷朊粉的储能模量和损耗模量也在不断增加,储能模量从2490Pa 上升到8390Pa,损耗模量从995Pa上升到4780Pa,在整个过程中,储能模量都大 于损耗模量。因为储能模量代表物质的弹性,损耗模量代表物质的弹性,所以在 整个测试过程中,谷朊粉表现出的弹性性质大于黏性性质。频率扫描数据显示,
谷朊粉的复合黏度随着频率的增加而降低。
图6-3至6-7为分别为果胶、海藻酸钠、明胶、羧甲基纤维素钠和瓜尔胶对 谷朊粉进行改性后的频率扫描图。经果胶改性后的谷朊粉,随频率的增大,其储 能模量从1870Pa增加到7920Pa,损耗模量从771Pa增加到4710Pa,复合黏度从 3230Pa.s下降到147Pa.s;经海藻酸钠改性后的谷朊粉,随频率的增大,其储 能模量从4470Pa增加到12500Pa,损耗模量从1440Pa增加到6850Pa,复合黏度 从7480Pa • s下降到226Pa • s:经明胶改性后的谷朊粉,随频率的增大,其储能 模量从2200Pa增加到7620Pa,损耗模量从801Pa增加到4370Pa,复合黏度从 3720Pa.s下降到140Pa«s;经羧甲基纤维素钠改性后的谷朊粉,随频率的增大, 其储能模量从2030Pa增加到7930Pa,损耗模量从779Pa增加到4690Pa,复合黏 度从3460Pa • s下降到147Pa • s;经瓜尔胶胶改性后的谷朊粉,随频率的增大, 其储能模量从3300Pa增加到lllOOPa,损耗模量从1150Pa增加到5470Pa。
总体来说,无论改性前还是改性后的谷朊粉,其储能模量和损耗模量都随着 频率的增大而增加,复合黏度都随频率的增大而减小。表明在频率增大的过程中 谷朊粉的弹性、黏性是不断增加的,谷朊粉对动态剪切的总阻抗是不断减小的。 从图6-8中可以直观的发现,经海藻酸钠和瓜尔胶改性的谷朊粉,其弹性比未经 改性的谷朊粉大;经果胶、羧甲基纤维素钠和明胶改性的谷朊粉,其弹性比未经 改性的谷阮粉小。
6.3.3温度扫描
对经胶体改性的谷朊粉进行温度范围从25^到100°C的流变学测试,研究加 热过程中谷朊粉储能模量和损耗模量变化情况,结果如图6-9至6-13所示。图6-9 是经果胶改性的谷朊粉的温度扫描图,从图中可以看出,改性后的谷朊粉其损耗 模量与未改性谷朊粉相比略低,并且随温度变化的趋势相似,但是储能模量随温 度变化的趋势与未改性谷朊粉相比有很大不同,在温度低于73X:的时候,湿热胶体改性对谷朊粉流变学特性的影响,未改性 谷朊粉的储能模量比改性谷朊粉高,从73°C开始,随着温度的升高,改性后的谷 朊粉的储能模量开始大于未改性谷朊粉的储能模量。
versus temperature for gluten trained by pectin
图6-9是经海藻酸钠改性的谷朊粉的温度扫描图,从图中可以看出,改性后 的谷朊粉其损耗模量与未改性谷朊粉相比略高,并且随温度变化的趋势相似;在 整个升温过程中,改性后的谷朊粉的储能模量比未处理谷朊粉的储能模量髙了两 千多帕,趋势与果胶改性谷朊粉相似,在温度低于73°C的时候,储能模量随着温 度的升高而降低,从73^到951;,随着温度的升高而升高,之后又开始降低。
7500¬7000 H 6500 ■ 6000¬5500¬5000¬4500¬4000¬3500¬3000¬2500¬2000¬1500¬1000¬500-
【£】 snlnposa>622s
2030405060708090100110
Temperature [〇 C】
图6-10海藻酸钠-谷朊粉复合物温度扫描 Fig.6-10 StoragemodulusCG7 ,-0-)and loss modulus(Gw versus temperature for gluten trained by sodium alginate
到92C,在92°C之后开始减小。
Fig,6-12 Storage modulus(G, ,-0-)andlossmodulus(Gw versus temperature for gluten trained by gelatin CMC 图6-12是经羧甲基纤维素钠改性的谷朊粉的温度扫描图,从图中可以看出, 改性后的谷朊粉其损耗模量与未改性谷朊粉相比略低,并且随温度变化的趋势很 相似;改性后谷朊粉的储能模量随温度的变化与未改性谷朊粉相比,差异很大, 从25-C到5(TC,改性谷朊粉的储能模量是小于未改性谷朊粉的,从5(TC开始改性 谷朊粉的储能模量开始大于未改性谷朊粉,从68°C开始改性谷朊粉的储能模量随 着温度的升高而增大,在92°C之后开始减小。
图6-13是经瓜尔胶改性的谷朊粉的温度扫描图,从图中可以看出,改性后的 谷朊粉其损耗模量与未改性谷朊粉相比略高,并且随温度变化的趋势相似;改性 后谷朊粉的储能模量随温度的变化与未改性谷朊粉相比,差异很大,当温度小于 73°C的时候,改性谷朊粉的储能模量是小于未改性谷朊粉的,当温度大于73’C时 候改性谷朊粉的储能模量开始大于未改性谷朊粉,从69X:开始改性谷朊粉的储能 模量随着温度的升高而增大,在92°C之后开始减小。
【ed】 snlnFJOI/uaraeJols
2030405060708090100 110
Temperature [° C]
图6-13瓜尔胶-谷朊粉复合物温度扫描 Fig.6-13 Storage modulus(G, ,-0-)andloss modulus(Gff ,-V-) versus temperature for gluten trained by guar
6.4本章小结
振幅扫描结果表明,在试验过程当中,为了使谷朊粉的黏弹性处于线性黏弹 性范围内,施加的应力应小于26.62帕,即谷朊粉的形变应小于0.4236%。当施加 的应力大于26.62时,谷朊粉的黏弹性不再处于线性黏弹性范围,这样不利对谷 朊粉的流变学参数进行分析*为了确保试验的准确性,在频率扫描试验和温度扫 描试验中控制形变度为〇. 1%。
频率扫描结果显示,在设定频率范围内,湿热胶体改性对谷朊粉流变学特性的影响,所有改性谷朊粉的储能模量和损耗 模量随频率的变化趋势都与未改性谷朊粉相似,都是随着频率的升高而增大。经 海藻酸钠和瓜尔胶改性的谷朊粉,其储能模量和损耗模量都比未改性谷朊粉大, 表明这两种胶体对谷朊粉的改性使谷朊粉的黏弹性得到了很大的提高。其中经海 藻酸钠改性的谷朊粉的黏弹性提高了近百分之五十。
对改性前后谷朊粉进行25X:到100*C的温度扫描试验结果表明,改性前后有 朊粉的损耗模量随温度的变化不大,储能模量却有很大差异。改性后的谷朊粉当 温度达到一定程度后其储能模量开始快速上升,并超过未改性谷朊粉。
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