天然多糖具有來源豐富、可生物降解和良好的 生物相容性，兩性瓜爾膠衍生物由其改性制備的水溶性兩性聚電解質(zhì) 可望在石油開采、醫(yī)藥衛(wèi)生、涂料及食品化工等領(lǐng) 域獲得重要應(yīng)用[1—2]。不同于常見的陰離子或陽離 子型聚電解質(zhì)，兩性聚電解質(zhì)因其分子鏈中同時含 有正負電荷基團而具有特殊的溶液性能。研究多糖 類兩性聚電解質(zhì)的溶液流變性質(zhì)，不僅有助于了解 其結(jié)構(gòu)和性能的關(guān)系，而且有助于對蛋白質(zhì)、核酸 類生物兩性大分子溶液性質(zhì)加深理解。然而，目前 這類研究大都局限于對一定剪切速率下溶液表觀黏 度或剪切應(yīng)力及其影響因素的了解，很少見有研究 涉及體系的動態(tài)黏彈及觸變性能。由于大多數(shù)高分 子溶液均屬于黏彈性流體，故有必要對多糖類兩性 聚電解質(zhì)溶液的動態(tài)流變行為進行研究。
本研究采用ARES先進流變擴展系統(tǒng)，以一種 新型多糖類兩性聚電解質(zhì)——兩性瓜爾膠衍生物為 研宄對象，首次考察了其溶液濃度對體系儲能模量 (!")、損耗模量（！"）、復(fù)合黏度（！?。┘坝|變 性能的影響，以期為其實際應(yīng)用提供依據(jù)和參考。
1實驗部分
1. 1原料及其分析
兩性瓜爾膠：美國ECONOMY公司產(chǎn)品，商 品名為E-AMPH0-S;基于元素分析結(jié)果，測得其 季銨陽離子基團含量為5.42x10_4mol/mL_1;對 分子鏈中陰離子基團進行定量分析，發(fā)現(xiàn)-C00H 含量為 8. 2x10_2mol/mL_1;黏度（1H，2h)為 3 000 mPa/s;水分含量為 9.0%; pH (1H，25 °C)為6.0; 100目顆粒度為100; 200目顆粒度為 80。
1.2動態(tài)流變性能測試
采用美國TA公司產(chǎn)ARES先進流變擴展系 統(tǒng)，以平行板（直徑50 mm，間距1 mm)方式， 在25 C下（以恒溫水浴槽控溫）分別對不同濃度 試樣溶液進行動態(tài)頻率（0.1 ~ 100 rad/s)掃描， 測定其儲能模量（！"）、損耗模量（！#)、動態(tài)損 耗角（tan")及動態(tài)復(fù)數(shù)黏度（?。。?。為使有關(guān) 動態(tài)黏彈實驗在保證線性響應(yīng)的前提下進行，實際 測定時先考察不同應(yīng)變條件下及的變化情況， 以確定適宜的應(yīng)變值。
選擇該儀器瞬態(tài)操作模式，控制溫度為25 C， 剪切速率以順時針方向在60 s內(nèi)從0線性升到 400 s-1，再在60 s內(nèi)從400 s-1降至0;每個區(qū)間以 對數(shù)形式采樣20個數(shù)據(jù)點，由此考察不同濃度兩 性瓜爾膠溶液的觸變性能。
2結(jié)果與討論
2. 1 線性黏彈測試條件的確定
為了保證實驗測定在線性黏彈范圍內(nèi)進行，分 別考察了 4種濃度條件下試樣水溶液的動態(tài)模量與 應(yīng)變之間的相互關(guān)系。由圖1所示有關(guān)應(yīng)變掃描曲 線看出，在測試的濃度范圍內(nèi)，其動態(tài)模量在相當 寬的應(yīng)變值內(nèi)（0.1%~10%)基本上不隨應(yīng)變改 變而發(fā)生變化，表明兩性瓜爾膠衍生物水溶液的線 性黏彈性范圍較寬?；诖耍狙绣乘袆討B(tài)頻率 掃描測試的應(yīng)變幅度均固定在0. 5%。
濃度對動態(tài)黏彈性能的影響
圖2給出了濃度各為0.5%、1.0%、1.5&和 2.0%兩性瓜爾膠水溶液動態(tài)模量（G"，G")隨頻 率的變化情況。從圖2中看出，在相同的測定頻率 情況下，體系的G"和G#值均隨兩性瓜爾膠水溶液 濃度增大而增大，即溶液濃度越高，體系的彈性和 黏性越強，表明溶液濃度影響體系的黏彈性能；宄 其原因，可能是因為分子鏈上同時含有正負電荷基 團的兩性瓜爾膠衍生物，在高濃度條件下容易借靜 電及其它分子間相互作用形成彼此纏繞的空間網(wǎng)絡(luò) 結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致體系的黏彈性增強。對于考察的一定濃 度試樣水溶液，發(fā)現(xiàn)在實驗條件下體系的G"值既 可大于G#值、也可小于G#值，依賴于測定時所用 動態(tài)頻率的大小。例如，對于濃度為0.5%的試樣 溶液，當動態(tài)頻率（?。┰?.1 ~ 30 rad/s范圍變 化時，其！"<!"，表明體系動態(tài)模量中黏性的貢 獻超過彈性的貢獻；而當！在30 ~ 100 rad/s范圍 變化時，其G">G"，表明此時動態(tài)模量中彈性的 貢獻超過黏性的貢獻；其動態(tài)儲能模量G" (!) — !和損耗模量G# (!) —！曲線均隨頻率！而上 升，兩組曲線相交于30 rad/s處；相比之下，該體 系的彈性響應(yīng)隨頻率增加較快。其它濃度試樣溶液 動態(tài)模量隨頻率的變化呈現(xiàn)與上述相似的變化趨 勢，但其G" (!) —！和！"（！）一！兩組曲線相 交于更低的動態(tài)頻率處，且試樣溶液濃度越高，兩 組曲線相交處的頻率越低。例如，1.0%試樣溶液 的相應(yīng)曲線相交于3 rad/s，1.5%試樣溶液的相應(yīng) 曲線相交于0.8 rad/s，而2%試樣溶液的相應(yīng)曲線 則相交于0.1 rad/s。值得一提的是，2%試樣溶液 在整個測試頻率范圍0. 1 ~ 100 rad/s內(nèi)均表現(xiàn)出以 彈性為主的黏彈效應(yīng)。
對不同濃度試樣溶液體系的動態(tài)損耗角（tan ")對頻率作圖，結(jié)果見圖3。在整個測試頻率范 圍內(nèi)，其tan "值絕大多數(shù)情況下隨濃度增大而減 少。一般而言，tan"值越大，體系耗散能量的能 力越強，其內(nèi)耗或內(nèi)摩擦力越大[3]。濃度較高的 兩性瓜爾膠水溶液具有較低的tan "值，表明該體 系中鏈段運動的內(nèi)摩擦阻力較小，亦即體系的黏性 響應(yīng)相對較小而多表現(xiàn)出彈性行為。
10
1 10 100
/7(rad.s-1)
圖3不同濃度兩性瓜爾膠水溶液動態(tài)損耗角（tan") 與頻率之間的關(guān)系
Fig. 3 The relation between dynamic loss tangent and frequency for aqueous amphoteric guar solutions with various concentrations (25 @ )
圖4給出了不同濃度試樣溶液的動態(tài)復(fù)數(shù)黏度 (#!)隨頻率的變化。在低頻區(qū)域內(nèi)體系有較高的 值，而在高頻區(qū)域內(nèi)則有較低的#!值，且#! 值隨頻率增大而減少，表現(xiàn)出類似于“剪切變稀” 現(xiàn)象[4]。由圖4看出，相同測定頻率下兩性瓜爾膠 溶液的濃度越高，體系越大；相比之下，高濃 度試樣溶液的“剪切變稀”現(xiàn)象似乎更明顯。
d>/v
0.1
2. 3濃度對觸變性能的影響
觸變性作為一種重要的流變學(xué)現(xiàn)象，它在涂料 工業(yè)、油田開采、食品、醫(yī)藥衛(wèi)生等領(lǐng)域有重要的 應(yīng)用價值[5]。通過測定體系剪切應(yīng)力一速率變化 往返曲線，考察了質(zhì)量百分比各為0.2%、0.5%、 1.0%、1.5%的兩性瓜爾膠水溶液的觸變性能，結(jié) 果見圖5。隨兩性瓜爾膠水溶液濃度的增加，其相 應(yīng)剪切應(yīng)力一速率變化往返曲線隨之構(gòu)成滯后圈; 當其濃度達到1.5%時，出現(xiàn)的滯后圈已十分明 顯。通過采用微機積分方法求出相應(yīng)滯后圈面積， 當溶液質(zhì)量百分比分別為0.2%，0.5%，1.0%， 1. 5%時，滯后圈面積分別為54. 0，167. 9, 557. 9, 569.7 Pa • sGl，可發(fā)現(xiàn)滯后圈面積隨濃度 增加而增大。由于觸變性可借滯后圈面積的大小加 以表征，即滯后圈面積愈大，體系的觸變性越強[5];
因此可認為，兩性瓜爾膠水溶液的觸變性可通過其 溶液濃度的大小加以調(diào)控，而適當提高溶液濃度則 可使體系的觸變性能得到增強。
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