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(xué)改性可以進(jìn)一步 改善其性能，擴(kuò)大其應(yīng)用范圍。瓜爾膠表觀粘度及改性瓜爾膠被廣泛應(yīng)用于石油開采、食品加工、造紙、紡 織、日化、采礦和醫(yī)藥等領(lǐng)域[1<。羧甲基羥丙基瓜爾膠是同時聯(lián)結(jié)了羧甲基和羥丙基兩種取代基 團(tuán)的陰離子型瓜爾膠衍生物，國內(nèi)對它的研究較 少，其水溶液流變性質(zhì)還末見文獻(xiàn)報(bào)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(shí)際應(yīng)用開發(fā)提供有價值的 參考。
1實(shí)驗(yàn)部分
1-1實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)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(huán)氧丙 烷，加熱至45丈反應(yīng)4h,產(chǎn)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(jìn)行結(jié)構(gòu)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(jié)果和討論
2. 1羧甲基羥丙基瓜爾膠的制備與表征
樣品經(jīng)紅外和核磁表征[<*_6]，確定為目標(biāo)產(chǎn) 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(zhì)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(xiàn)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(guān)系數(shù)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(yīng)的稠度系數(shù)k和粘性指數(shù)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(shù)，n為流動 指數(shù)，T為剪切速率。
說明在實(shí)驗(yàn)條件下CMHPG水溶液 表現(xiàn)出非牛頓流體流變性質(zhì);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(qiáng);n值隨濃 度增大而減小，則反映出溶液的剪切變稀性質(zhì)隨 其濃度增大而進(jìn)一步增強(qiáng)。
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(fā)現(xiàn)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(jīng)驗(yàn)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(guān)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸分析，發(fā)現(xiàn)所有數(shù)據(jù)的擬合 關(guān)系良好（R2 > 〇. 995)(見圖2),可從中求得對應(yīng) 濃度和溫度下的零切粘度(11。）的對數(shù)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(chǔ)上，用所求lmu對溫度的倒數(shù)作圖 (見圖2)，發(fā)現(xiàn)In &與1/T有較好的直線關(guān)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(shù)，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(jié)果如圖3所示?？梢?看出，0.5% CMHPG溶液對酸的敏感程度遠(yuǎn)遠(yuǎn)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(fā)現(xiàn)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(xiàn)出聚電解質(zhì) 溶液的通性[2’11]。
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