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              瓜爾豆膠產品中心 / Product Center

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              羧甲基羥丙基瓜爾膠的流變特性

              發布日期:2015-03-08 16:11:31
              羧甲基羥丙基瓜爾膠的流變特性和表觀粘度
              羧甲基羥丙基瓜爾膠的流變特性,瓜爾膠(guar gum)是一種天然植物耔膠,屬 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。瓜爾膠通過化學改性可以進一步 改善其性能,擴大其應用范圍。瓜爾膠表觀粘度及改性瓜爾膠被廣泛應用于石油開采、食品加工、造紙、紡 織、日化、采礦和醫藥等領域[1<。羧甲基羥丙基瓜爾膠是同時聯結了羧甲基和羥丙基兩種取代基 團的陰離子型瓜爾膠衍生物,國內對它的研究較 少,其水溶液流變性質還末見文獻報道。本文研 究了羧甲基羥丙基瓜爾膠水溶液的流變特性及影 響因素,以期為其實際應用開發提供有價值的 參考。
              1實驗部分
              1-1實驗儀器及試劑
              Brookfield LVDV _ I 流變儀少1(:011^\«_ 1EFT-IR傅立葉紅外光譜儀。
              瓜爾膠樣品(G55)由中石油京昆油田科技有 限公司提供;其它試劑均為分析純。
              1.2實驗方法
              將20g瓜爾膠粉攪拌分散在60g四氫呋喃中, 羧甲基羥丙基瓜爾膠的流變特性,加人10g 40%氫氧化鈉溶液,在25t下堿化 45min,再加人15g 50%氯乙酸鈉溶液和4g環氧丙 烷,加熱至45丈反應4h,產物用乙酸中和、80%的 乙醇洗滌、過濾、干燥得樣品。樣品用水溶解后在 無水乙醇中沉淀提純、過濾、干燥,用紅外和核磁 進行結構表征,用Brookfield LVDV - m流變儀分 別考査不同濃度、不同溫度、不同酸度和加入不同 氯化鈉濃度時溶液的流變性。
              2結果和討論
              2. 1羧甲基羥丙基瓜爾膠的制備與表征
              樣品經紅外和核磁表征[<*_6],確定為目標產 物羧甲基羥丙基瓜爾膠(以下簡稱CMHPG),其羧 甲基和羥丙基取代度分別為〇. 32和0• 28。
              2. 2羧甲基羥丙基瓜爾膠的流變特性 2.2.1濃度對流變性質的影響配制不同濃度 CMHPG的水溶液,在不同剪切速率T下測定各溶 液的表觀粘度T1,,均表現出剪切變稀的特征。羧甲基羥丙基瓜爾膠的流變特性,以 lmi.對IHT作圖得到線性相關系數R均大于〇. 97 的一組直線(見圖1)。由這些擬合直線的斜率和 截距分別求得相應的稠度系數k和粘性指數n值 (見表1)。溶液表觀粘度隨剪切速率的變化可以 用Ostwald - Dewaele方程描述出來[7’8]: ln-q, = ln k + (n-l)lnr 其中TI.為表觀粘度,k為稠度系數,n為流動 指數,T為剪切速率。
              說明在實驗條件下CMHPG水溶液 表現出非牛頓流體流變性質;k值隨濃度增大而增 大,表明其增粘能力隨濃度增大而增強;n值隨濃 度增大而減小,則反映出溶液的剪切變稀性質隨 其濃度增大而進一步增強。
              2.2.2溫度對粘度和零切粘度的影響
              對濃度為0.5%的CMHPG溶液在不同溫度 下測量其流變,發現溶液表觀粘度在不同剪切速 率下均隨著溫度的升髙而降低。用Spencer - Dillon 經驗公式[9’1<)]
              In ”• = In T|。- cr/b
              對0.5%的CMHPG溶液在不同溫度下的有 關實驗數據進行回歸分析,發現所有數據的擬合 關系良好(R2 > 〇. 995)(見圖2),可從中求得對應 濃度和溫度下的零切粘度(11。)的對數In 71。。 
               
              0 1111
              2.04.06.08.010.012.0
              pH
              圖3不同酸度下0. 5% CMHPG溶液的 ”■對 pH 圖(T =20. 4,)
              Fig. 3 Plot of -q, versus pH for 0. 5% of CMHPG solution at various pH
              圖2 不同溫度下0.5%CMHPG Fig. 2 Plot of In T^.and 1/T versus crfor 0.
              在此基礎上,用所求lmu對溫度的倒數作圖 (見圖2),發現In &與1/T有較好的直線關系, 零切粘度隨溫度升高而降低,且符合Andrade 公式:
              T)。= A . exp( Ea/RT)
              式中R為氣體常數,Ea為粘流活化能。從圖 3中直線的斜率求得0. 5% (wt)的CMHPG溶液的 Ea 為 18. 45 kj / mol。
              2.2.3酸度對粘度的影響
              在25弋測量0. 5% (Wt)的CMHPG水溶液在 不同pH值條件下的粘度,羧甲基羥丙基瓜爾膠的流變特性,結果如圖3所示??梢?看出,0.5% CMHPG溶液對酸的敏感程度遠遠大 于它對堿的敏感程度。水溶液的粘度隨溶液pH 的降低迅速降低,隨溶液pH的升高變化不大。 
              2.2.4氣化鈉濃度對粘度的影響
              在濃度為〇• 5% (wt)的改性瓜爾膠水溶液中 加入NaCl,配制成NaCl濃度分別為1. 0%、0• 5%、 0. 2%、0.1%的水溶液,測量各溶液粘度(如圖4 所示)。發現CMHPG水溶液的粘度對NaCl極為 敏感,其粘度隨鹽的加人而迅速降低,以后隨鹽濃 度的增大變化趨于平緩。0.1%的NaCl使得 CMHPG水溶液的粘度下降87%,表現出聚電解質 溶液的通性[2’11]。
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