瓜爾膠（guar gum)是天然高分子化合物，它是 由許多半乳糖和甘露糖單元按1 : 2比例彼此以月 (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。自問世以來，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、食品和個人 衛(wèi)生保健等領(lǐng)域[1氣E-AMPHO-S是美國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 有竣甲基陰離子基團(tuán)而且含有季銨陽離子基團(tuán)。 與非離子、陰離子或陽離子型改性瓜爾膠相比，其 溶液性質(zhì)較為獨特。本文首次報導(dǎo)兩性瓜爾膠濃 度、外加鹽和溫度對其溶液流變性能的影響，以期 為E-AMPHO-S的實際應(yīng)用提供依據(jù)。

　　

　　1 實驗部分 1.1 原料與試劑兩性瓜爾膠E-AMPHO-S:美國ECONOMY公 司產(chǎn)品，用德國Elementar公司Vario EL元素分析儀 測得其中N元素含量為0. 759%，由此求得季銨陽 離子基團(tuán)-N+(CH3)3C1-含量為 5.42xl0_4mol . g_、用VARLAN公司CARY100型紫外可見分光 光度計對其中陰離子基團(tuán)-COOH進(jìn)行定量分析， 發(fā)現(xiàn)其含量為8.2<1〇-2111〇11-1.〇3(：12: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以上。 測試時，使用德國Rheotest 2-50HZ-Typ RV2旋轉(zhuǎn)粘 度計測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，在該旋 轉(zhuǎn)粘度計中以每隔20 s時間增加1次剪切速率 (T)，從最低3 S-1均衡地升至最高1312 S-1，同時記 錄下相應(yīng)的切力（F)數(shù)據(jù)，得到一條上行線;再由最 髙剪切速率均衡地降回到最低3 s_\同時記錄下降 低切速過程中的切力數(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月牙形圈即 “滯后圈”，則說明體系具有觸變性并可用此圈的面 積衡量其大小'2結(jié)果與討論2.1 濃度的影響’配制不同濃度的E-AMPHO-S水溶液，在不同 剪切速率（T)下測定各種溶液的表觀粘度（％),依 據(jù)Ostwald-Dewaele方程的對數(shù)形式 In 7/a = In A: + (n - l)lnr以In77■對lnT作圖得到線性相關(guān)系數(shù)/?均大于〇。 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)fc和粘性指數(shù)n值圖1 不同E-AMPHO-S濃度條件下試樣In恥對 In 7•作圖（17 t：)

　　

　　Fig. 1 Plots of In ija versus In r for aqueous E-AMPHO-S solutions with various E-AMPHO-S concentrations (17 "C)

　　

　　7)a: viscosity, T: shear rate圖2 不同濃度E-AMPHOS溶液的觸變性 響應(yīng)(20 ■€>Fig. 2 Thixotropic response of aqueous(見表1) . T ~印關(guān)系借Ostwald-Dewaele方程得以 很好地描述且n小于1,說明在實驗條件下 E-AMPHO-S水溶液表現(xiàn)出非牛頓流體流變性質(zhì);值隨E-AMPHO-S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E-AMPHO-S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)。

　　

　　對濃度分別為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.對于1.0%溶液，其上行和下 行流變曲線幾乎接近重合，所計算出的滯后圈面積 僅為1.9 kPa ，表明此濃度下體系無明顯觸變 性；當(dāng)溶液濃度達(dá)2. 0%時，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 kPv S-1，說明體系此時已開始出現(xiàn)一定程度的 觸變性；而當(dāng)溶液濃度達(dá)3. 0%時，考察樣品溶液已 具有明顯的觸變性質(zhì)，此時滯后圈的面積高達(dá)32. 6 kPa* s' —般認(rèn)為，觸變性可以視為體系在恒溫下E-AMPHO-S solutions with various concentrations (20 t)

　　

　　F : shear force, T: shear rate“凝膠-溶膠”之間相互轉(zhuǎn)換過程的表現(xiàn)[5].當(dāng)兩性 瓜爾膠E-AMPHO-S濃度增加時，相互纏繞的多糖 大分子鏈便容易在靜止情況下通過其分子鏈上正 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，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自由地活動而成溶膠狀態(tài)。 這種體系觸變性依賴于濃度的現(xiàn)象，Ghannam和 Esnaliw在研究另一種多糖衍生物——竣甲基纖維 素的溶液流變性能時也曾被發(fā)現(xiàn)。事實上，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，體系良好的觸變性將 有利于其實際應(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（T)下考察外加鹽CaCl2對溶液粘度性能的 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CaCl2濃度cs表1 E-AMPHO-S濃度c(g/100mL>對其溶液稠度系數(shù)ft和粘性指數(shù)n的影響(17 *C>Table 1 Effects of E-AMPHO-S concentration( c) on the consistency coefficient (k) and viscosity behavior index (n) (17)

　　

　　c(g • mL"1)knR20. 1%0. 0340.660.9900.3%0. 1310.590.9900. 5%0.4190.510.9920. 8%1.6620. 390. 9981,0%4. 2240.310.9991.5%15. 5620. 220.9992. 0%36. 2410. 150.9993 03.13.23.33.43.51〇3 r-l/K-l圖S 不同溫度下2.0% E-AMPHO-S溶液的lniyo 對i/r作圖Fig. 5 Plot of intfo versus (1/ T) for aqueous 2.0% E-AMPHO-S solution at various tempera¬tures2.3 溫度的影響零切粘度（％)是聚合物溶液流變性的重要表 征量•選用Spencer-Dillon經(jīng)驗公式[81的對數(shù)形式 In 77, = In 7j〇 - F/ b對2. 0%的E-AMPHO-S溶液在不同溫度下的有關(guān) 實驗數(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，并從中求得對應(yīng)濃度和溫度下的 lnr。•在此基礎(chǔ)上，用所求ln7。對溫度的倒數(shù)作圖 (見圖5),發(fā)現(xiàn)In項與1/ r有較好的直線關(guān)系，符 合 Arrhenius 公式[ie]:7)〇 = B* exp( EJ RT)

　　

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