黃原膠和卡波姆復配體系的流變性研究

王 松，朱瑞濤，董金龍

(太原師范學院 化學系，山西 晉中 030619)

0 引言

黃原膠是一種重要的用途廣泛的生物高聚物，能夠溶于冷水和熱水中，具有高黏度、高耐酸、耐堿、耐鹽特性、高耐熱穩定性、懸浮性、觸變性等.在低濃度時經攪拌即成粘稠溶液，水溶液為高假塑體.由于其獨特的流變性，它既可以用于增稠、穩定體系，還可以用于乳化、懸浮溶液，在日用化工、食品、醫藥、紡織、陶瓷、采油及印染等領域有廣泛的應用[1-4].

卡波姆，其實就是丙烯酸樹脂，其主要功能是增稠、懸浮和乳化.卡波姆是一種多用途的高分子材料和藥用輔料，在藥品、化妝品等領域廣泛應用[5-8].卡波姆可以根據其黏度的不同分為低黏度、中黏度、高黏度三種.卡波姆940的特點為：具有短流性，所成膠體透明度好、黏度高.卡波姆941的特點為：具有長流性，所成膠體透明度好、黏度低.

研究表明，對于有黃原膠和卡波姆參與的復配體系具有良好的流變性[9-12].基于以上背景，本文對黃原膠和卡波姆940、卡波姆941按一定比例進行復配，通過對復配體系的黏度、觸變指數的測定，研究其流變性，同時研究了復配體系的穩定性.從流變學角度為黃原膠和卡波姆的合理應用和在醫藥、化工等領域開發新型產品提供理論指導.

1 實驗部分

1.1 實驗藥品及儀器

黃原膠(USP級，阿拉丁試劑)；卡波姆940(廣州博峰化工科技有限公司)；卡波姆941(廣州博峰化工科技有限公司)；氫氧化鈉(A.R，天津市光復科技發展有限公司)；卡松(2.5%，英國普隆)，實驗用水為實驗室純凈水，測試溫度24 ℃.

數字式黏度計(SNB-3型，上海尼潤智能科技有限公司)；變頻調速機械攪拌器(RE，鞏義市予華儀器有限責任公司)；酸度計(PHS-3C，雷磁)；電子天平(TXB622L，島津)，臺式低速離心機(LX-L50C，力辰科技).

1.2 實驗內容

1.2.1 黃原膠黏度和觸變指數的測定

取5個燒杯，分別稱取200 g純凈水，取梯度黃原膠量分別加入燒杯中，攪拌1 h使黃原膠充分溶入水中，用SNB-3型數字式黏度計測其在6轉和60轉的黏度，并計算觸變指數.

1.2.2 卡波姆940與941黏度和觸變指數測定

分別取0.25 g的卡波姆940和卡波姆941，加入200 g純凈水中，攪拌充分溶入水中，加氫氧化鈉使溶液呈堿性(PH為9～10)，進行黏度的測定，計算觸變指數.

1.2.3 黃原膠與卡波姆940復配體系的流變性

取200 g純凈水，加入黃原膠(0.6 g)、卡波姆940(0.25 g)，攪拌1 h，使兩種物質充分溶入水中，加氫氧化鈉使溶液呈堿性(PH為9～10).用SNB-3型數字式黏度計測其不同轉速下的黏度.

取5個燒杯，分別稱取200 g純凈水，加入定量黃原膠，加入梯度卡波姆940，在變頻攪拌器下攪拌1 h，使兩種物質充分溶入水中，加氫氧化鈉使溶液呈堿性(PH為9～10)，測其在6轉和60轉的黏度，計算觸變指數.

1.2.4 黃原膠與卡波姆941復配體系的流變性

取200 g純凈水，加入黃原膠(0.8 g)、卡波姆941(0.25 g)，攪拌1小時，使兩種物質充分溶入水中，加氫氧化鈉使溶液呈堿性(PH為9～10).用SNB-3型數字式黏度計測其不同轉速下的黏度.

取5個燒杯，分別稱取200 g純凈水，加入定量黃原膠，加入梯度卡波姆941，在變頻攪拌器下攪拌1 h，使兩種物質充分溶入水中，加氫氧化鈉使溶液呈堿性(PH為9～10)，測其在6轉和60轉的黏度，計算觸變指數.

1.2.5 復配體系的穩定性

將實驗中所配黃原膠-卡波姆940、黃原膠-卡波姆941復配體系在室溫下進行密封放置，研究體系的穩定性.將樣品置于離心管中，放入離心機，在1 500轉/min離心3 min，觀察離心后復配體系分層情況.

2 結果與討論

2.1 黃原膠的用量對觸變指數的影響

在水中加入不同的黃原膠量，測定其在不同轉速下的剪切黏度來反映其流變性能，得出觸變指數，結果見表1.

表1 不同量黃原膠的觸變指數

從表1中可以看出相同轉速下，隨著黃原膠用量的增加黏度都是呈增大趨勢的，這是因為水溶液中黃原膠分子除了相互之間有氫鍵作用外，黃原膠分子與水也有氫鍵作用，且形成的離子之間也會有電荷的相互排斥和吸引力.自由的分子以氫鍵為基礎以螺旋桿為主體相互吸引、交聯，形成了網狀結構增加體系的黏度.因此黃原膠量增大，氫鍵作用越強，其黏度也就越大.

對比6轉與60轉的黏度，體現了黃原膠溶液具有低濃度高黏度的特性，表現為在低速運動下有高黏度，而在高速運動下黏度下降很快，并且保持分子結構不變化.而當運動停止即剪切力消除時，則很快恢復了原有的狀態即黏度回到原來的數值.從表1可以看出，黃原膠的觸變指數隨著量的增大緩慢變大，表明黃原膠有優良的流變性能.

2.2 卡波姆940與941黏度和觸變指數

加水溶脹，卡波姆分子鏈舒展開來，NaOH中和后，羧基離子化，由于負電荷的相互排斥作用，使卷曲的分子鏈彌散伸展，呈現極大地膨脹狀態而增稠.從表2看出，卡波姆940和卡波姆941均呈假塑性流體，有良好的觸變指數.相同量下兩者相比，觸變指數相差不大，卡波姆940黏度要大很多.

表2 卡波姆940與卡波姆941的黏度和觸變指數

2.3 黃原膠與卡波姆940復配體系1的流變性

2.3.1 復配體系1的假塑性

對混合液進行不同轉速下黏度的測定，結果見表3.可以看出轉速為10的時候混合液黏度很大，而轉速為50時黏度已經降到了1 000 mpa.s以下，且開始時黏度下降幅度很大，到了轉速35以后下降幅度才變緩，說明混合液是很好的非牛頓流體，有很好的假塑性.

表3 混合液的黏度測定

2.3.2 復配體系1的流變性

復配體系中，隨著卡波姆940比例的增加，黏度越來越大，可見卡波姆940對溶液的增稠效果很好，隨著添加量的不同，在6轉速下的溶液的黏度相差比較大，而在60轉速下由于運動速度快黏度反而相差不大.由表4可以看出加入卡波姆后觸變指數都在6以上，與單一黃原膠相比，觸變指數略有增大，說明體系有良好的觸變性，但是復配體系的觸變指數卻不是隨著卡波姆940的增加而增大，而是基本保持穩定.

表4 不同比例黃原膠和卡波姆940復配后的黏度和觸變指數

2.4 黃原膠與卡波姆941復配體系2的流變性

2.4.1 復配體系2的假塑性

從表5可以看出也是開始時黏度下降幅度很大，到了轉速30以后下降幅度變緩，這說明加入卡波姆941的混合液同樣是是很好的非牛頓流體，有很好的假塑性.

表5 混合液的黏度測定

2.4.2 復配體系2的流變性

復配體系中，隨著卡波姆941比例的增加，黏度越來越大，可見卡波姆941對溶液的增稠效果也很好.看表6可以發現復配體系的觸變指數都在6以上，觸變性良好.與單一黃原膠相比，觸變指數變化不大，復配體系的觸變指數也是基本保持穩定.

表6 不同比例黃原膠和卡波姆941復配后的黏度和觸變指數

2.5 復配體系的穩定性研究

結果如表7，在一周時間，黃原膠-卡波姆940、黃原膠-卡波姆941復配體系均出現變質現象，未見分層，這是由于黃原膠變質所致.因此，在復配體系中，我們加入防腐劑卡松，用量為千分之五，放置一年以上，均未出現變質和分層現象.在1 500轉/min下離心后，兩種復配體系均未見濃度變化.因此，兩種復配體系均有較好的穩定性.

表7 兩種復配體系的穩定性

3 結論

將黃原膠與卡波姆940、卡波姆941進行復配，對體系黏度和觸變指數進行測定，研究其流變性，并對其穩定性進行了實驗.結果表明，黃原膠與卡波姆復配產生協同作用，兩種復配體系均有良好的觸變性和穩定性.實際使用中，應該根據具體情況選擇合適的復配體系和復配比，并且選擇符合相應體系的防腐劑.本文從流變學角度為黃原膠和卡波姆的合理應用提供了理論指導.