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两性离子瓜尔胶及其水溶液的流变特征

发布日期:2015-07-15 11:40:58
两性离子瓜尔胶及其水溶液的流变特征
瓜尔胶一种环境友好的天然高分子化合物, 从产于印度、巴基斯坦以及美国的瓜尔豆种子的胚 乳中提取得到,其主要成分为半乳甘露聚糖.糖单 元中甘露糖和半乳糖以摩尔比为2 :1通过卩(14) 苷键连接.瓜儿胶及其衍生物作为性能优良的増稠 剂、稳定剂和黏合剂广泛应用于石油开采、涂料、医 药、建筑、食品以及化妆品等领域1
两性离子瓜尔胶是一种瓜儿胶衍生物,其分子 链上同时含有阴离子功能基以及阳离子功能基,与 非离子、阴离子或阳离子瓜尔胶相比,其溶液性质 较为独特.文中采用一步法合成了新型两性离子瓜 尔胶(ZGG)并研究了 ZGG浓度、外加盐等对其溶 液流变性能影响,以期为ZGG的实际应用提 供依据.
黏度和触变性考察为确保两性离子瓜尔 胶溶解充分,测试前将所有样品溶液充分搅拌后, 再溶胀12 h测试时,使用乌式黏度计测定在不同条 件下样品试样溶液的黏度.当进行触变性考察时, 采用旋转黏度计从转速为5 r/mni渐増加到转速 为360 r/mn同时记下相应的剪切应力数据,得到 一条上行线;再由最高转速360 rmi匀速降回到最 低转速5 rmn同时记下相应的剪切应力数据,得 到一条下行线.以上行线与下行线是否重合,判断 溶液是否具有触变性.若上行线与下行线不重合, 而是呈一个月牙形圈,即“滞后圈”则说明该溶液 体系具有触变性.
将制得DMGC和碳酸钠分散于异丙醇中,滴加 定量环氧氯丙烷,升温至50 °C,反应4 h待反应结束 后,减压蒸馏除去异丙醇得透明黏稠状浅黄色液体 即为两性离子改性剂2 3-环氧丙基二甲铵基乙酸盐 (EODH〉产率为 85%.
在装有搅拌器的自制的钢质容器中加入一定 量的瓜尔胶和碱(NOH)催化剂,搅拌30 mn后, 加热至预定温度,再加入一定量ECDH反应一定时涤,过滤,真空干燥,得到淡黄色粉末固体即两性 离子瓜尔胶.
浓度的影响图3显示了两性离子瓜尔胶 ZGG的比浓黏度与溶液浓度之间的关系.由图3可 以看出,ZGG水溶液的比浓黏度(n p/P随着溶剂 质量浓度的增加而增大,且随着取代度的增加而减 低.这是因为随着取代度的增大,其高分子链上的 季铵根离子和羧酸根离子增多,分子链内和链间离 子基团之间的静电引力增强,高分子链收缩,所以 黏度减小.实验中还发现ZGG水溶液的黏度随时间 的变化基本不变,这与黏度不易控制的瓜尔胶相比 具有明显的优势.
性黏度性能的影响,结果如图4所示.实验发 现,在考察外加盐浓度范围内,ZGG的特性黏度[n 随NaC质量浓度的增大不但不降低,反而升高,显 示出明显的反聚电解质性质.宄其原因,主要是外 加盐破坏了 Z:G分子链上季铵阳离子和羧基阴离 子基团相互作用形成的内盐键,增强了 ZGG分子与 溶剂水之间的相互作用,使得G分子链变得较为 自由和舒展.张黎明等在对两性瓜尔胶 E-AMIHO S和不同两性纤维素接枝共聚物溶液性 质研宄时,亦证实了与上述类似的盐效应.在通常 情况下,外加盐使得阴离子或阳离子多糖衍生物溶 剂化作用变差,导致沉淀失效.由此可见,ZGG具有 较强的耐盐能力这一特性将使其具有较强的应用 优势.
触变性对质量分数为2%的ZGG水溶 液体系进行触变性考察,结果如图7所示.可以看 出,试样的上行和下行流变曲线呈现出明显的月牙 形圈,说明该体系具有一定的触变性.一般认为,触 变现象是在恒温条件下凝胶和溶胶的相互转换过 程17.在无外切力作用下,ZGG溶液中的多糖大分 子相互缠绕,通过分子链上正负电荷基团静电作用 和其他分子间相互作用产生物理交联,导致凝胶形 成.而当加入外剪切力,己形成的平衡物理交联网 络被破坏,致使粒子可以自由活动,导致原来凝胶 状的体系变成流动性较大的溶胶状态.
以二甲胺、环氧氯丙烷以及氯乙酸为原料 合成了两性离子改性剂ECH采用半干法工艺,制 备出了两性离子瓜尔胶并对其水溶液的流变特征 进行了研究.考察了浓度、外加盐等对ZGG水溶液 流变性能的影响,实验发现:ZCGGR溶液的比浓黏 度随浓度的増加而増加;在一定浓度盐溶液中,ZGG 表现出明显的反聚电解质溶液黏性行为;ZCGGR溶 液呈假塑性流体特征,具有剪切变稀特性,并且具 有较强的触变性质.
 
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