羟甲基纤维素粘度特性

羟乙基纤维素水溶液粘度特性的研究 叶 君 熊 犍 伍 红 何婉芬 祸智勇 (1．华南理工大学制浆造纸 工程 路基工程安全技术交底工程项目施工成本控制工程量增项单年度零星工程技术标正投影法基本原理 国家重点 实验室 17025实验室iso17025实验室认可实验室检查项目微生物实验室标识重点实验室计划 ，广州，510640； 2．华南理工大学轻工与食品学院，广州，510640) 摘 要 ：在本实验中，羟乙基纤维素(HEC)的水溶液为剪切变稀 的非牛顿 流体。其 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 观粘度随溶液浓度非线性增 大，表明在该水溶液中除HEC分子主链间有相互作用外，还存在较少量的 HEC分子侧链间的弱缠结；其水溶液的 特性粘度为0．9488。在 HEC水溶液达到初始粘度后，最初 HEC分子链由于受到水分子的较大作用而造成粘度急 剧下降。随之，HEC分子链间的作用与 HEC与水分子间的相互作用会产生一个暂时平衡，使其溶液的粘度趋于平 稳。其后 ，HEC分子链的运动加速，同时水分子与 HEC链间较强的相互作用破坏了HEC分子侧链的缠结 ，使溶液 体系的粘度进一步下降直到趋于平衡。 关键词 ：羟 乙基纤维素 ；水溶液 ；粘度 ；特性粘度 前 言 1 实验原料和仪器 羟乙基纤维素(HEC)是一种非离子型纤维素 醚 ，所以活性少 ，可在大范围内与其他水 溶性聚合 物、表面活性剂、盐等共存 ，被广泛地用于血液替代 品及其它生物医用材料中 。 ；HEC因其为非离子 型，在水中不电离，因而耐酸 ，耐碱 ，不与重金属反应 而沉淀，所以广泛用于油田、建筑材料、食品、纺织等 工业 ；HEC可溶于冷、热水中，其成膜性好，故被作 为理想的添加剂用于涂料、粘合剂等行业 。但 HEC在溶液中由于链结构的变化，使其粘度发生变 化 ，从而影响 了其使用性能 ，因此 ，利用 粘度研究 HEC在溶液中尤其是水溶液中的分子链的变化，为 其合理应用提供理论基础。 理想的粘性液体，在应力作用下发生流动，其形 变不但是应力而且是时间的 函 关于工期滞后的函关于工程严重滞后的函关于工程进度滞后的回复函关于征求同志党风廉政意见的函关于征求廉洁自律情况的复函 数 ，应力除去后形变 不能回复。理想粘性流体的流动符合牛顿定律 ，称 为牛顿流体，其剪应力和剪切速率成比例：or=11 ， 其中，or为剪应力；11为粘度，表示在外力作用下流 动的阻力； 为剪切速率。牛顿流体的流动称为牛 顿流动，其流动曲线是通过原点的直线。 本文参考所用的 HEC流变曲线结果的基础上， 以样品在不同时间粘度变化的结果 ，在无酶无聚电 解质的情况下，探讨溶剂对 HEC分子链的影响。 羟乙基纤维素 (HEC)：摩尔取代度 (MS)1．6， 分子量约 50万 ，湖北钟祥纤维素有限公司。 粘度仪：LVT DV—I型 Brookfield粘度仪。 2 结果与讨论 2．1 HEC的粘度随剪切速率的变化 图 1为 30℃时 ，1％(wt：wt)HEC水溶液的粘度 (在溶液配制 3h后所测得的溶液的粘度)随剪切速 率变化的曲线 ，由图可以看出曲线不符合牛顿定律， 说明该流体为非牛顿流体。图 1显示该流体的粘度 随剪切速率的增大而降低，为剪切变稀 ，说明 HEC 水溶液为假塑性流体。这是 由于 HEC水溶液在剪 切应力的作用下 ，除了发生真正的粘性流动外 ，还发 生了高弹形变 ，HEC大分子线 团在外力的作用下 ， 沿外力方向发生取向，并未发生 HEC大分子侧链严 重相互缠结的现象，从而导致粘度下降。 ／s一 图 1 HEC的粘度与剪切速率间的关系 作者简介：叶君，女，副教授，主要从事纤维素结构和化学改性的研究。 资助项目：国家自然科学基金(20004003和20176014)及制浆造纸工程国家重点实验室基金资助课题。 50 《造纸科学与技术》 2004年 第23卷 第6期 维普资讯 http://www.cqvip.com 2．2 HEC水溶液的粘度随浓度的变化 l2()0 1000 8()0 -兰 600 二 f 400 200 0 0 图 2 HEC水溶液粘度随浓度的变化曲线 图2为30~C时，HEC稀溶液的粘度随其浓度的 变化曲线 ，其粘度为在溶液配制 3h后所测得的溶液 的粘度。该曲线表明 HEC对其水溶液的粘度的贡 献随其浓度的增加而增大，而且是非线性增大。表 明溶液体系中除HEC分子主链间相互作用外，还可 能发生了少量 HEC分子链侧链相互缠结等其它作 用。 根据 Huggins方程在稀的高分子溶液中，溶液 的增比粘度与其浓度的关系为 ： 。。／C=[ ]+k [ ] C (1) 其中： 。。为溶液的增 比粘度；C为溶液的浓度； 。。／c称为溶液的比浓粘度；k 为 Huggins常数，一 般在 0．3—0．4之间；[ ]为浓度趋于零时的增比粘 度，称为特性粘度。 根据增比粘度的定义 。 =( — 。)／ 。= 一 1，我们可以得到如表 1所示的 HEC水溶液的 ， 。 及 ／C sp。溶剂水的粘度 =0．8007mPa·s。 根据式 1， 。。／c与浓度 c成正比，因此，以表 1 中的 ／C对浓度作图可求得 HEC的特性粘度。 表 1 HEC水溶液各种粘度表示 由图3可知在 30~C时，本实验所使用的HEC水 溶液体系的特性粘度为0．9488。 2．3 溶剂对 HEC分子链的影响 在无剪切力的作用下，HEC在水溶液中粘度随 时间的推移而下降，主要是受环境中酶的降解以及 Paper Science＆ Technology 2004 Vo1．23 No．6 溶液中聚电解质的影响而发生老化。本文以浓度为 1％ (g／mL)的 HEC水溶液为对象，以溶液配制后 3hr开始测其粘度，并以其粘度做为初始粘度，测得 随时间推移该溶液的粘度变化 ，在室温下 ，并在无酶 无聚电解质的情况下 ，探讨溶剂对 HEC分子链的影 响。 图 3 HEC水溶液 比浓粘度与浓度的关系 l2()0 lloo 1ooo 誓 900 二 f 800 700 6()0 0 图4 HEC水溶液的粘度随时间的变化曲线 图 4为 30℃时，HEC水溶液的粘度随时间的变 化曲线。从图中可以看出，在溶液配制好的 3—7h 内HEC水溶液表观粘度随时间推移剧烈下降，7— 46h问其表观粘度变化很小，趋于平缓。在 HEC溶 解初期，溶剂水分子渗透到 HEC分子链间与 HEC 分子链相互作用，从而削弱 了 HEC链间的相互作 用 ，由于 HEC分子和水分子悬殊的体积大小 ，HEC 分子运动较慢 ，因此溶解速率较慢，同时为保证无外 力作用(无搅拌等外力引入)，因此在配制该溶液 3h 完全溶解时测其粘度，并将该粘度作为该溶液体系 的初始粘度。其后由于被水分子包围的 HEC分子 链运动加速 ，水分子与 HEC分子链间的作用力大于 HEC分子链间的相互作用力 ，使得 HEC分子链间 的距离增大，相互问的作用力减小，造成其粘度急剧 下降，当水分子 与 HEC分子链间的作用力与 HEC 分子链间的作用力达到平衡后，其粘度同时也保持 基本恒定。由图 4又可以看到在 46—120h间该溶 液体系的粘度又略有下降。这是因为，在此之前， HEC分子链上存在少量较长的侧链，HEC分子间侧 5l 维普资讯 http://www.cqvip.com 链的相互缠结、相互作用 ，随着时间的推移被包围在 HEC分子链周围的水分子所破坏 ，从而进一步削弱 了HEC分子链间的相互作用，使粘度进一步下降； 作为 1％(g／L)的稀溶液 ，当被水分子完全包围的 HEC分子链间的间距大到其相互间的作用力较小， 并保持平衡时，其溶液的粘度也达到了相对平衡 ，见 图4中 120h后的线段。 3 结论 HEC水溶液是剪切变稀的非牛顿流体。其粘 度随溶液浓度非线性增大。其水溶液的特性粘度为 0．9488。HEC分子链在水溶液中由于受到水分子 的作用而造成粘度下降。 参 考 文 献 Kastner U。Hoffmann H． et a1． Interactions between modified hydroxyethyl cellulose(HEC)and surfactants．Colloids and Sur． faces．1996。ll2：209—225 Sinha Roy D，Rohera B D．Comparative evaluation of rate of hy— dration and matrix erosion of HEC and HPC and study of drug re． 1ease from their matrices． Pharmaceutical Sciences，2002， 16： l93一l99 Thomas Heinz．New ionic polymers by cellulose funetionalization Macromo1．Chem．Phys，l998，l99：234l一2364 杨之礼，苏茂尧等．纤维素醚基础与应用．华南理工大学 出版 社 ．1990．142． 吴和融，王彬芳．高分子物理学．华东化工学院出版社，1990． 120． Study of the Viscous Character of Hydroxyethyl Cellulose in A queous Solution Ye Jun。 Xiong Jian Wu Hong lie Wanfen。 Xuan Zhiyong。 (1．State Key Lab of Pulp＆Paper Engineering，South China University of Technology，Guangzhou，5 10640； 2．College of Light Chemical and Food Engineering，South China University of Technology，Guangzhou，510640) Abstract：In this paper，hydroxyethyl cellulese(HEC)aqueous solution is a non—Newtonian fluid with shear thinning．Its apparent viscosity nonlinearly rises with increasing of the concentration．This suggests that，in the SO— lution．there are both interaction of HEC interchain and a little entanglement between side chains of HEC．The in． trinsic viscosity of the HEC solution iS 0．9488．Atier reaching initial viscosity．the viscosity of the HEC solution decreases sharply，due to the effect of the H2 O on HEC chains．Late，it makes the viscosity of HEC solution to few changes．because of achieving a balance between the interaction of HEC interchain and the interaction between chain of HEC and H，O．And then．the movements of the HEC chains accelerate and stronger interaction between HEC chains and H2 O destroys the entanglement between side chains of HEC，the viscosity of the HEC solution de- creases until it goes balance． Key words：hydroxyethyl cellulose，aqueous solution，viscosity，intrinsic viscosity 欢迎订阅《造纸科学与技术》 《造纸科学与技术》是广东省造纸学会会刊，中国科技核心刊物之一，由广东省造纸学会、广东省造纸研 究所、华南理工大学制浆造纸工程国家重点实验室合办。主要刊登制浆造纸科学与工程的论文与报告、应用 技术、经营管理与生产经验。是造纸行业中水平较高的期刊之一。 《造纸科学与技术》于 1996年 7月起入编《中国学术期刊(光盘版)》，并荣获《中国学术期刊(光盘 版)》、《中国期刊网》全文收录证 书 关于书的成语关于读书的排比句社区图书漂流公约怎么写关于读书的小报汉书pdf ；《中国学术期刊综合评价数据库来源期刊证书》。 《造纸科学与技术》为双月刊，逢双月底出版，大 16开本，全年订费45元(含邮寄费)。订阅者可汇款至 “全国非邮发行报刊联合征订服务部”(天津市大寺泉集北里别墅 17号，邮编 300385)订阅。也可直接 由邮 局汇款至广州市华南理工大学制浆造纸工程国家重点实验室 《造纸科学与技术》编辑部(邮编 510640)，汇 款时请写清楚单位名称、地址、邮编及收件人姓名。 52 《造纸科学与技术》 2004年 第23卷 第6期 ] ] i l 2 3 4 5 ¨ 维普资讯 http://www.cqvip.com