瓜爾膠（guar gum)是天然高分子化合物，兩性瓜爾膠衍生物溶液的流變特征，它是 由許多半乳糖和甘露糖單元按1 : 2比例彼此以辦 (1-4)苷鍵連接而成的多糖巨分子，主要產(chǎn)于印 度、巴基斯坦以及美國(guó).自問(wèn)世以來(lái)，兩性瓜爾膠衍生物溶液的流變特征，瓜爾膠及其 衍生物就一直作為性能優(yōu)良的增稠劑而被廣泛地 用于石油開采、涂料、化工、醫(yī)藥、建筑、食品和個(gè)人 衛(wèi)生保健等領(lǐng)域

E-AMPHO-S是美國(guó)Economy化學(xué)公司最近開 發(fā)出的一種兩性瓜爾膠衍生物，其分子鏈上不僅含 有羧甲基陰離子基團(tuán)而且含有季銨陌離子基團(tuán). 與非離子、陰離子或陽(yáng)離子型改性瓜爾膠相比，其 溶液性質(zhì)較為獨(dú)特.本文首次報(bào)導(dǎo)兩性瓜爾膠濃 度、外加鹽和溫度對(duì)其溶液流變性能的影響，以期 為E-AMPHO-S的實(shí)際應(yīng)用提供依據(jù).

1實(shí)驗(yàn)部分 1.1原料與試劑

兩性瓜爾膠&AMPHO-S:美國(guó)ECONOMY公 司產(chǎn)品,用德國(guó)Elementar公司Vario EL元素分析儀 測(cè)得其中N元素含量為0. 759% ,由此求得季銨陽(yáng) 離子基團(tuán)-N*(CH»)3C1-含量為 5,42xl0_4mol ‘ g」；用VARLAN公司CARY100型紫外可見分光 光度計(jì)對(duì)其中陰離子基團(tuán)-COOH進(jìn)行定量分析， 發(fā)現(xiàn)其含量為aZxlOdmoPg-1. CaCk化學(xué)純， 廣州化學(xué)試劑廠.

1.2流變參數(shù)和觸孌性考察

為保證E-AMPHO-S充分溶解，測(cè)試前所有樣 品溶液均放置在磁力攪拌機(jī)上攪拌溶解2 h以t . 測(cè)試時(shí)，使用德國(guó)Rheotest 2-50HZ-Typ RV2旋轉(zhuǎn)粘 度計(jì)測(cè)定試樣溶液在不同條件（濃度、溫度、外加 鹽）下的流變參數(shù).當(dāng)進(jìn)行觸變性考察時(shí)，在該旋 轉(zhuǎn)粘度計(jì)中以每隔20 s時(shí)間增加〗次剪切速率 (T),從最低3 S-1均衡地升至最高1M2 s'同時(shí)記 錄下相應(yīng)的切力（F)數(shù)據(jù)，得到一條上行線;再由最 高剪切速率均衡地降回到最低3同時(shí)記錄下降

低切速過(guò)程中的切力數(shù)據(jù)，得到一條下行線；以上 行線和下行線是否重合，判定溶液是否具有觸變 性；若上行線和下行線不重合成為一個(gè)月牙形圈即 “滯后圈”，則說(shuō)明體系具有觸變性并可用此圈的面 積衡量其大小w.

2結(jié)果與討論

2.1濃度的彩響’

配制不同濃度的E-AMPHO-S水溶液，在不同 剪切速率（T)下測(cè)定各種溶液的表觀粘度（％),依 據(jù)Ostwald-Dewaele方程的對(duì)數(shù)形式 In TJ, = In 左 + (n - 1)1DT

以In &對(duì)InT作圖得到線性相關(guān)系數(shù)/?均大于0. 99 的一組直線（見圖1)，并由這些擬合直線的斜率和 截距分別求得相應(yīng)的稠度系數(shù)A和粘性指數(shù)n值。

對(duì)濃度分別為1.0%、2.0%和3, 0% (g • mL-1, 下同）的兩性瓜爾膠E-AMPHO-S水溶液進(jìn)行觸變 性考察，結(jié)果見圖2.對(duì)于1.0%溶液，其上行和下 行流變曲線幾乎接近重合，所計(jì)算出的滯后圈面積 僅為1.9 kPa^-1，表明此濃度下體系無(wú)明顯觸變 性；當(dāng)溶液濃度達(dá)2. 0%時(shí)，兩性瓜爾膠衍生物溶液的流變特征，試樣溶液的上行和下行 流變曲線已呈現(xiàn)出月牙形圈，相應(yīng)滯后圈的面積為 8. 5 kPai-1,說(shuō)明體系此時(shí)已開始出現(xiàn)一定程度的 觸變性;而當(dāng)溶液濃度達(dá)3. 0%時(shí)，考察樣品溶液已 具有明顯的觸變性質(zhì)，此時(shí)滯后圈的面積高達(dá)32. 6 kPa-s-i. —般認(rèn)為，觸變性可以視為體系在恒溫下 “凝膠-溶膠”之間相互轉(zhuǎn)換過(guò)程的表現(xiàn)|3|_當(dāng)兩性 瓜爾膠E-AMPHO-S濃度增加時(shí)，相互纏繞的多糖 大分子鏈便容易在靜止情況下通過(guò)其分子鏈上正 負(fù)電荷基團(tuán)靜電相互作用和其它分子間相互作用 產(chǎn)生物理交聯(lián)，導(dǎo)致凝膠形成.而當(dāng)外切力（f)作 用于體系時(shí)，已形成的平衡物理交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)則被破壞 使得其分子鏈能相對(duì)自由地活動(dòng)而成溶膠狀態(tài). 這種體系觸變性依賴于濃度的現(xiàn)象，Ghamam和 Esnallu]在研究另一種多糖衍生物——羧甲基纖維 素的溶液流變性能時(shí)也曾被發(fā)現(xiàn).事實(shí)上，若將兩 性瓜爾膠E-AMPHO-S用作鉆井泥漿、強(qiáng)化采油、水 性涂料和油墨之類增稠劑時(shí)，體系良好的觸變性將 有利于其實(shí)際應(yīng)用.

2.2 鹽的影響

固定兩性瓜爾膠溶液濃度為1. 0%，在不同剪 切速率（r)下考察外加鹽CaCL對(duì)溶液粘度性能的 影響，結(jié)果見圖3.有趣的是，在考察外加鹽濃度范 圍內(nèi)E-AMPHO-S溶液的粘度隨外加CaCh濃度c,(g/I00 mL)的增大不但不降低，結(jié)果反而升髙，表 現(xiàn)出明顯的反聚電解質(zhì)溶液特性|6].究其原因，主 要是外加鹽破壞了 E-AMPHO-S分子鏈上因羧甲基 陰離子基團(tuán)和季銨陽(yáng)離子基團(tuán)相互作用形成的內(nèi) 鹽鍵，增強(qiáng)了 E-AMPHO-S分子與溶劑之間的相互 作用能力而使其分子鏈變得較自由和舒展所致_ Zhang等[7"«在對(duì)不同兩性纖維素接枝共聚物溶液性 質(zhì)研究時(shí)，亦證實(shí)了與上述類似的鹽響應(yīng)特性.這 些規(guī)律不同于外加鹽對(duì)普通多糖類聚電解質(zhì)溶液 性能的影響規(guī)律.在通常情況下，外加鹽常使陰離 子或陽(yáng)離子多糖衍生物溶劑化作用變差，兩性瓜爾膠衍生物溶液的流變特征，導(dǎo)致沉淀 失效w .由此可見，兩性瓜爾膠在鹽溶液中有較強(qiáng) 耐鹽能力這一特性將便其具有另一應(yīng)用優(yōu)勢(shì)-

對(duì)F作圖

Fig, 4 Plot of lniy8 versus F for aqueous

2,0% E-AMPHO-S solution at various temperatures

2.3溫度的彩響

零切粘度（印）是聚合物溶液流變性的重要表 征量.選用Spencer-Dillon經(jīng)驗(yàn)公式181的對(duì)數(shù)形式 \mfu = \n7jQ - F/ b

對(duì)2. 0%的E-AMPHO-S溶液在不同溫度下的有關(guān) 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸分析（見圖4),發(fā)現(xiàn)所有數(shù)據(jù)的 擬合關(guān)系良好，并從中求得對(duì)應(yīng)濃度和溫度下的 In在此基礎(chǔ)上，用所求In %對(duì)溫度的倒數(shù)作圖

(見圖5),發(fā)現(xiàn)In項(xiàng)與1/ T有較好的直線關(guān)系，符 合 Arrhenius 公式

r^〇= B-exp(E,/ RT)

式中if為氣體常數(shù)，■&為粘流活化能；同時(shí)，從圖 5中有關(guān)直線斜率求得2. 0% E-AMPHO-S溶液的 為7. 96 kJ • mol'這些事實(shí)表明，零切粘度對(duì) 溫度具有依賴關(guān)系，且隨溫度升高而降低.