黄原胶和卡波姆复配体系的流变性研究

王 松，朱瑞涛，董金龙

(太原师范学院 化学系，山西 晋中 030619)

0 引言

黄原胶是一种重要的用途广泛的生物高聚物，能够溶于冷水和热水中，具有高黏度、高耐酸、耐碱、耐盐特性、高耐热稳定性、悬浮性、触变性等.在低浓度时经搅拌即成粘稠溶液，水溶液为高假塑体.由于其独特的流变性，它既可以用于增稠、稳定体系，还可以用于乳化、悬浮溶液，在日用化工、食品、医药、纺织、陶瓷、采油及印染等领域有广泛的应用[1-4].

卡波姆，其实就是丙烯酸树脂，其主要功能是增稠、悬浮和乳化.卡波姆是一种多用途的高分子材料和药用辅料，在药品、化妆品等领域广泛应用[5-8].卡波姆可以根据其黏度的不同分为低黏度、中黏度、高黏度三种.卡波姆940的特点为：具有短流性，所成胶体透明度好、黏度高.卡波姆941的特点为：具有长流性，所成胶体透明度好、黏度低.

研究表明，对于有黄原胶和卡波姆参与的复配体系具有良好的流变性[9-12].基于以上背景，本文对黄原胶和卡波姆940、卡波姆941按一定比例进行复配，通过对复配体系的黏度、触变指数的测定，研究其流变性，同时研究了复配体系的稳定性.从流变学角度为黄原胶和卡波姆的合理应用和在医药、化工等领域开发新型产品提供理论指导.

1 实验部分

1.1 实验药品及仪器

黄原胶(USP级，阿拉丁试剂)；卡波姆940(广州博峰化工科技有限公司)；卡波姆941(广州博峰化工科技有限公司)；氢氧化钠(A.R，天津市光复科技发展有限公司)；卡松(2.5%，英国普隆)，实验用水为实验室纯净水，测试温度24 ℃.

数字式黏度计(SNB-3型，上海尼润智能科技有限公司)；变频调速机械搅拌器(RE，巩义市予华仪器有限责任公司)；酸度计(PHS-3C，雷磁)；电子天平(TXB622L，岛津)，台式低速离心机(LX-L50C，力辰科技).

1.2 实验内容

1.2.1 黄原胶黏度和触变指数的测定

取5个烧杯，分别称取200 g纯净水，取梯度黄原胶量分别加入烧杯中，搅拌1 h使黄原胶充分溶入水中，用SNB-3型数字式黏度计测其在6转和60转的黏度，并计算触变指数.

1.2.2 卡波姆940与941黏度和触变指数测定

分别取0.25 g的卡波姆940和卡波姆941，加入200 g纯净水中，搅拌充分溶入水中，加氢氧化钠使溶液呈碱性(PH为9～10)，进行黏度的测定，计算触变指数.

1.2.3 黄原胶与卡波姆940复配体系的流变性

取200 g纯净水，加入黄原胶(0.6 g)、卡波姆940(0.25 g)，搅拌1 h，使两种物质充分溶入水中，加氢氧化钠使溶液呈碱性(PH为9～10).用SNB-3型数字式黏度计测其不同转速下的黏度.

取5个烧杯，分别称取200 g纯净水，加入定量黄原胶，加入梯度卡波姆940，在变频搅拌器下搅拌1 h，使两种物质充分溶入水中，加氢氧化钠使溶液呈碱性(PH为9～10)，测其在6转和60转的黏度，计算触变指数.

1.2.4 黄原胶与卡波姆941复配体系的流变性

取200 g纯净水，加入黄原胶(0.8 g)、卡波姆941(0.25 g)，搅拌1小时，使两种物质充分溶入水中，加氢氧化钠使溶液呈碱性(PH为9～10).用SNB-3型数字式黏度计测其不同转速下的黏度.

取5个烧杯，分别称取200 g纯净水，加入定量黄原胶，加入梯度卡波姆941，在变频搅拌器下搅拌1 h，使两种物质充分溶入水中，加氢氧化钠使溶液呈碱性(PH为9～10)，测其在6转和60转的黏度，计算触变指数.

1.2.5 复配体系的稳定性

将实验中所配黄原胶-卡波姆940、黄原胶-卡波姆941复配体系在室温下进行密封放置，研究体系的稳定性.将样品置于离心管中，放入离心机，在1 500转/min离心3 min，观察离心后复配体系分层情况.

2 结果与讨论

2.1 黄原胶的用量对触变指数的影响

在水中加入不同的黄原胶量，测定其在不同转速下的剪切黏度来反映其流变性能，得出触变指数，结果见表1.

表1 不同量黄原胶的触变指数

从表1中可以看出相同转速下，随着黄原胶用量的增加黏度都是呈增大趋势的，这是因为水溶液中黄原胶分子除了相互之间有氢键作用外，黄原胶分子与水也有氢键作用，且形成的离子之间也会有电荷的相互排斥和吸引力.自由的分子以氢键为基础以螺旋杆为主体相互吸引、交联，形成了网状结构增加体系的黏度.因此黄原胶量增大，氢键作用越强，其黏度也就越大.

对比6转与60转的黏度，体现了黄原胶溶液具有低浓度高黏度的特性，表现为在低速运动下有高黏度，而在高速运动下黏度下降很快，并且保持分子结构不变化.而当运动停止即剪切力消除时，则很快恢复了原有的状态即黏度回到原来的数值.从表1可以看出，黄原胶的触变指数随着量的增大缓慢变大，表明黄原胶有优良的流变性能.

2.2 卡波姆940与941黏度和触变指数

加水溶胀，卡波姆分子链舒展开来，NaOH中和后，羧基离子化，由于负电荷的相互排斥作用，使卷曲的分子链弥散伸展，呈现极大地膨胀状态而增稠.从表2看出，卡波姆940和卡波姆941均呈假塑性流体，有良好的触变指数.相同量下两者相比，触变指数相差不大，卡波姆940黏度要大很多.

表2 卡波姆940与卡波姆941的黏度和触变指数

2.3 黄原胶与卡波姆940复配体系1的流变性

2.3.1 复配体系1的假塑性

对混合液进行不同转速下黏度的测定，结果见表3.可以看出转速为10的时候混合液黏度很大，而转速为50时黏度已经降到了1 000 mpa.s以下，且开始时黏度下降幅度很大，到了转速35以后下降幅度才变缓，说明混合液是很好的非牛顿流体，有很好的假塑性.

表3 混合液的黏度测定

2.3.2 复配体系1的流变性

复配体系中，随着卡波姆940比例的增加，黏度越来越大，可见卡波姆940对溶液的增稠效果很好，随着添加量的不同，在6转速下的溶液的黏度相差比较大，而在60转速下由于运动速度快黏度反而相差不大.由表4可以看出加入卡波姆后触变指数都在6以上，与单一黄原胶相比，触变指数略有增大，说明体系有良好的触变性，但是复配体系的触变指数却不是随着卡波姆940的增加而增大，而是基本保持稳定.

表4 不同比例黄原胶和卡波姆940复配后的黏度和触变指数

2.4 黄原胶与卡波姆941复配体系2的流变性

2.4.1 复配体系2的假塑性

从表5可以看出也是开始时黏度下降幅度很大，到了转速30以后下降幅度变缓，这说明加入卡波姆941的混合液同样是是很好的非牛顿流体，有很好的假塑性.

表5 混合液的黏度测定

2.4.2 复配体系2的流变性

复配体系中，随着卡波姆941比例的增加，黏度越来越大，可见卡波姆941对溶液的增稠效果也很好.看表6可以发现复配体系的触变指数都在6以上，触变性良好.与单一黄原胶相比，触变指数变化不大，复配体系的触变指数也是基本保持稳定.

表6 不同比例黄原胶和卡波姆941复配后的黏度和触变指数

2.5 复配体系的稳定性研究

结果如表7，在一周时间，黄原胶-卡波姆940、黄原胶-卡波姆941复配体系均出现变质现象，未见分层，这是由于黄原胶变质所致.因此，在复配体系中，我们加入防腐剂卡松，用量为千分之五，放置一年以上，均未出现变质和分层现象.在1 500转/min下离心后，两种复配体系均未见浓度变化.因此，两种复配体系均有较好的稳定性.

表7 两种复配体系的稳定性

3 结论

将黄原胶与卡波姆940、卡波姆941进行复配，对体系黏度和触变指数进行测定，研究其流变性，并对其稳定性进行了实验.结果表明，黄原胶与卡波姆复配产生协同作用，两种复配体系均有良好的触变性和稳定性.实际使用中，应该根据具体情况选择合适的复配体系和复配比，并且选择符合相应体系的防腐剂.本文从流变学角度为黄原胶和卡波姆的合理应用提供了理论指导.