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阳离子纤维素醚溶液性质的研究

龚蕾  
【摘要】: 随着科学技术的发展很多新型材料层出不穷地被研制开发出来,为了使其能更好地投入到实际应用中,以及进一步开发性能更优异的材料,理论及基础性应用研究显得格外重要起来。本文以天然改性大分子——阳离子型纤维素醚(CCE)为例,通过一系列表征研究了它们特征的物理性能,并初步阐述了一些相应机理,以期为应用研究提供理论依据。 纤维素是由许多葡萄糖残基以1,4-β苷键联结、定向排列的线形高分子化合物,是一种可再生的天然高分子材料,生长和存在于大量的绿色植物中,对人类来说是一种取之不尽、用之不绝的资源,且在日益注重环保的今天受到广泛的重视。通过对纤维素的化学改性形成了一类新型功能性高分子,已在生理卫生用品、石油化工、医药、食品、个人护理用品、包装等领域得到广泛应用。其中水溶性阳离子型纤维素醚(CCE)是改性纤维素中的重要品种之一,尤其是季铵型更是近年来研究和发展较快的功能高分子。 本文在不同pH的条件下,用ALV-5000E激光光散射仪研究了一种高电荷密度阳离子纤维素醚(KG-30M)的稀溶液性质,测定了其重均分子量(Mw),第二维利系数(A2),根均方旋转半径(Rg)和不同角度下的流体动力学半径(Rh),并由Rg/Rh比值推断得到KG-30M在稀溶液中的形状虽不规则,但接近于球形。进而借助Brookfield RVDV-III+型流变仪详细研究了三种不同电荷密度阳离子纤维素醚的亚浓及浓溶液的流变性,考察了溶液的触变性及时间依赖性,发现这三种阳离子型纤维素醚的质量浓度小于0.5g/L时表现为牛顿流体,在0.5-25g/L时表现出假塑性流体行为,继续增大质量浓度出现触变性、震凝性行为,特别是在7-25g/L范围内,非牛顿指数(n)并非单调下降,而是发生波动甚至回升,不同于一般的阴、阳离子聚合物。另外还发现CCE适中的电荷密度有利于得到较高的零切粘度;而酸性、中性和碱性三种条件对CCE粘度影响不大。基于实际应用中常碰到的外界条件,本文详细研究了阳离子纤维素醚(JR-30M)水溶液的流变性质,讨论了浓度、温度、酸度、外加盐对其溶液零切粘度的影响。结果表明,JR-30M水溶液在0.5-20g/L质量浓度范围内表现为假塑性流体,超过7g/L后,牛顿指数n从原先的单调下降,开始发生波动乃至回升;JR-30M在pH值为3-6的缓冲溶液中,零切粘度随温度升高而降低,粘流活化能分别为75.08,48.22,44.23,36.83kJ/mol,而溶液的粘度随体系酸性的减弱而升高,在一定酸性条件下推断JR-30M能形成有序相;JR-30M溶液的粘度随所加盐的类型及浓度不同而呈复杂变化。 此外通过透光度测定、电导率测定和粘度法考察了KG-30M与阴离子表面活性剂十二烷基硫酸钠(SDS)的相互作用。研究结果表明,SDS浓度较低时,体系中静电作用占主导地位,随SDS含量的增多,溶液由透明变浑浊,之后产生絮状沉淀,继续增加SDS后溶液又变浑浊,之后重新恢复透明状态。而电导率的测试发现随SDS含量增多,SDS-KG复合体系的电导率始终上升。表观粘度实验中发现SDS-KG复合体系随SDS含量增加,体系粘度先上升后下降,而后又有一次微弱的上升与下降。


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