王 松，朱瑞濤，董金龍

(太原師范學(xué)院 化學(xué)系，山西 晉中 030619)

0 引言

黃原膠是一種重要的用途廣泛的生物高聚物，能夠溶于冷水和熱水中，具有高黏度、高耐酸、耐堿、耐鹽特性、高耐熱穩(wěn)定性、懸浮性、觸變性等.在低濃度時(shí)經(jīng)攪拌即成粘稠溶液，水溶液為高假塑體.由于其獨(dú)特的流變性，它既可以用于增稠、穩(wěn)定體系，還可以用于乳化、懸浮溶液，在日用化工、食品、醫(yī)藥、紡織、陶瓷、采油及印染等領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用[1-4].

卡波姆，其實(shí)就是丙烯酸樹脂，其主要功能是增稠、懸浮和乳化.卡波姆是一種多用途的高分子材料和藥用輔料，在藥品、化妝品等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用[5-8].卡波姆可以根據(jù)其黏度的不同分為低黏度、中黏度、高黏度三種.卡波姆940的特點(diǎn)為：具有短流性，所成膠體透明度好、黏度高.卡波姆941的特點(diǎn)為：具有長流性，所成膠體透明度好、黏度低.

研究表明，對于有黃原膠和卡波姆參與的復(fù)配體系具有良好的流變性[9-12].基于以上背景，本文對黃原膠和卡波姆940、卡波姆941按一定比例進(jìn)行復(fù)配，通過對復(fù)配體系的黏度、觸變指數(shù)的測定，研究其流變性，同時(shí)研究了復(fù)配體系的穩(wěn)定性.從流變學(xué)角度為黃原膠和卡波姆的合理應(yīng)用和在醫(yī)藥、化工等領(lǐng)域開發(fā)新型產(chǎn)品提供理論指導(dǎo).

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)藥品及儀器

黃原膠(USP級，阿拉丁試劑)；卡波姆940(廣州博峰化工科技有限公司)；卡波姆941(廣州博峰化工科技有限公司)；氫氧化鈉(A.R，天津市光復(fù)科技發(fā)展有限公司)；卡松(2.5%，英國普隆)，實(shí)驗(yàn)用水為實(shí)驗(yàn)室純凈水，測試溫度24 ℃.

數(shù)字式黏度計(jì)(SNB-3型，上海尼潤智能科技有限公司)；變頻調(diào)速機(jī)械攪拌器(RE，鞏義市予華儀器有限責(zé)任公司)；酸度計(jì)(PHS-3C，雷磁)；電子天平(TXB622L，島津)，臺(tái)式低速離心機(jī)(LX-L50C，力辰科技).

1.2 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

1.2.1 黃原膠黏度和觸變指數(shù)的測定

取5個(gè)燒杯，分別稱取200 g純凈水，取梯度黃原膠量分別加入燒杯中，攪拌1 h使黃原膠充分溶入水中，用SNB-3型數(shù)字式黏度計(jì)測其在6轉(zhuǎn)和60轉(zhuǎn)的黏度，并計(jì)算觸變指數(shù).

1.2.2 卡波姆940與941黏度和觸變指數(shù)測定

分別取0.25 g的卡波姆940和卡波姆941，加入200 g純凈水中，攪拌充分溶入水中，加氫氧化鈉使溶液呈堿性(PH為9～10)，進(jìn)行黏度的測定，計(jì)算觸變指數(shù).

1.2.3 黃原膠與卡波姆940復(fù)配體系的流變性

取200 g純凈水，加入黃原膠(0.6 g)、卡波姆940(0.25 g)，攪拌1 h，使兩種物質(zhì)充分溶入水中，加氫氧化鈉使溶液呈堿性(PH為9～10).用SNB-3型數(shù)字式黏度計(jì)測其不同轉(zhuǎn)速下的黏度.

取5個(gè)燒杯，分別稱取200 g純凈水，加入定量黃原膠，加入梯度卡波姆940，在變頻攪拌器下攪拌1 h，使兩種物質(zhì)充分溶入水中，加氫氧化鈉使溶液呈堿性(PH為9～10)，測其在6轉(zhuǎn)和60轉(zhuǎn)的黏度，計(jì)算觸變指數(shù).

1.2.4 黃原膠與卡波姆941復(fù)配體系的流變性

取200 g純凈水，加入黃原膠(0.8 g)、卡波姆941(0.25 g)，攪拌1小時(shí)，使兩種物質(zhì)充分溶入水中，加氫氧化鈉使溶液呈堿性(PH為9～10).用SNB-3型數(shù)字式黏度計(jì)測其不同轉(zhuǎn)速下的黏度.

取5個(gè)燒杯，分別稱取200 g純凈水，加入定量黃原膠，加入梯度卡波姆941，在變頻攪拌器下攪拌1 h，使兩種物質(zhì)充分溶入水中，加氫氧化鈉使溶液呈堿性(PH為9～10)，測其在6轉(zhuǎn)和60轉(zhuǎn)的黏度，計(jì)算觸變指數(shù).

1.2.5 復(fù)配體系的穩(wěn)定性

將實(shí)驗(yàn)中所配黃原膠-卡波姆940、黃原膠-卡波姆941復(fù)配體系在室溫下進(jìn)行密封放置，研究體系的穩(wěn)定性.將樣品置于離心管中，放入離心機(jī)，在1 500轉(zhuǎn)/min離心3 min，觀察離心后復(fù)配體系分層情況.

2 結(jié)果與討論

2.1 黃原膠的用量對觸變指數(shù)的影響

在水中加入不同的黃原膠量，測定其在不同轉(zhuǎn)速下的剪切黏度來反映其流變性能，得出觸變指數(shù)，結(jié)果見表1.

表1 不同量黃原膠的觸變指數(shù)

從表1中可以看出相同轉(zhuǎn)速下，隨著黃原膠用量的增加黏度都是呈增大趨勢的，這是因?yàn)樗芤褐悬S原膠分子除了相互之間有氫鍵作用外，黃原膠分子與水也有氫鍵作用，且形成的離子之間也會(huì)有電荷的相互排斥和吸引力.自由的分子以氫鍵為基礎(chǔ)以螺旋桿為主體相互吸引、交聯(lián)，形成了網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)增加體系的黏度.因此黃原膠量增大，氫鍵作用越強(qiáng)，其黏度也就越大.

對比6轉(zhuǎn)與60轉(zhuǎn)的黏度，體現(xiàn)了黃原膠溶液具有低濃度高黏度的特性，表現(xiàn)為在低速運(yùn)動(dòng)下有高黏度，而在高速運(yùn)動(dòng)下黏度下降很快，并且保持分子結(jié)構(gòu)不變化.而當(dāng)運(yùn)動(dòng)停止即剪切力消除時(shí)，則很快恢復(fù)了原有的狀態(tài)即黏度回到原來的數(shù)值.從表1可以看出，黃原膠的觸變指數(shù)隨著量的增大緩慢變大，表明黃原膠有優(yōu)良的流變性能.

2.2 卡波姆940與941黏度和觸變指數(shù)

加水溶脹，卡波姆分子鏈?zhǔn)嬲归_來，NaOH中和后，羧基離子化，由于負(fù)電荷的相互排斥作用，使卷曲的分子鏈彌散伸展，呈現(xiàn)極大地膨脹狀態(tài)而增稠.從表2看出，卡波姆940和卡波姆941均呈假塑性流體，有良好的觸變指數(shù).相同量下兩者相比，觸變指數(shù)相差不大，卡波姆940黏度要大很多.

表2 卡波姆940與卡波姆941的黏度和觸變指數(shù)

2.3 黃原膠與卡波姆940復(fù)配體系1的流變性

2.3.1 復(fù)配體系1的假塑性

對混合液進(jìn)行不同轉(zhuǎn)速下黏度的測定，結(jié)果見表3.可以看出轉(zhuǎn)速為10的時(shí)候混合液黏度很大，而轉(zhuǎn)速為50時(shí)黏度已經(jīng)降到了1 000 mpa.s以下，且開始時(shí)黏度下降幅度很大，到了轉(zhuǎn)速35以后下降幅度才變緩，說明混合液是很好的非牛頓流體，有很好的假塑性.

表3 混合液的黏度測定

2.3.2 復(fù)配體系1的流變性

復(fù)配體系中，隨著卡波姆940比例的增加，黏度越來越大，可見卡波姆940對溶液的增稠效果很好，隨著添加量的不同，在6轉(zhuǎn)速下的溶液的黏度相差比較大，而在60轉(zhuǎn)速下由于運(yùn)動(dòng)速度快黏度反而相差不大.由表4可以看出加入卡波姆后觸變指數(shù)都在6以上，與單一黃原膠相比，觸變指數(shù)略有增大，說明體系有良好的觸變性，但是復(fù)配體系的觸變指數(shù)卻不是隨著卡波姆940的增加而增大，而是基本保持穩(wěn)定.

表4 不同比例黃原膠和卡波姆940復(fù)配后的黏度和觸變指數(shù)

2.4 黃原膠與卡波姆941復(fù)配體系2的流變性

2.4.1 復(fù)配體系2的假塑性

從表5可以看出也是開始時(shí)黏度下降幅度很大，到了轉(zhuǎn)速30以后下降幅度變緩，這說明加入卡波姆941的混合液同樣是是很好的非牛頓流體，有很好的假塑性.

表5 混合液的黏度測定

2.4.2 復(fù)配體系2的流變性

復(fù)配體系中，隨著卡波姆941比例的增加，黏度越來越大，可見卡波姆941對溶液的增稠效果也很好.看表6可以發(fā)現(xiàn)復(fù)配體系的觸變指數(shù)都在6以上，觸變性良好.與單一黃原膠相比，觸變指數(shù)變化不大，復(fù)配體系的觸變指數(shù)也是基本保持穩(wěn)定.

表6 不同比例黃原膠和卡波姆941復(fù)配后的黏度和觸變指數(shù)

2.5 復(fù)配體系的穩(wěn)定性研究

結(jié)果如表7，在一周時(shí)間，黃原膠-卡波姆940、黃原膠-卡波姆941復(fù)配體系均出現(xiàn)變質(zhì)現(xiàn)象，未見分層，這是由于黃原膠變質(zhì)所致.因此，在復(fù)配體系中，我們加入防腐劑卡松，用量為千分之五，放置一年以上，均未出現(xiàn)變質(zhì)和分層現(xiàn)象.在1 500轉(zhuǎn)/min下離心后，兩種復(fù)配體系均未見濃度變化.因此，兩種復(fù)配體系均有較好的穩(wěn)定性.

表7 兩種復(fù)配體系的穩(wěn)定性

3 結(jié)論

將黃原膠與卡波姆940、卡波姆941進(jìn)行復(fù)配，對體系黏度和觸變指數(shù)進(jìn)行測定，研究其流變性，并對其穩(wěn)定性進(jìn)行了實(shí)驗(yàn).結(jié)果表明，黃原膠與卡波姆復(fù)配產(chǎn)生協(xié)同作用，兩種復(fù)配體系均有良好的觸變性和穩(wěn)定性.實(shí)際使用中，應(yīng)該根據(jù)具體情況選擇合適的復(fù)配體系和復(fù)配比，并且選擇符合相應(yīng)體系的防腐劑.本文從流變學(xué)角度為黃原膠和卡波姆的合理應(yīng)用提供了理論指導(dǎo).