褐藻酸鈉黏度影響因素分析

摘要：將褐藻酸鈉、硫酸鈉與六偏磷酸鈉按照一定比例配制成褐藻酸鈉溶液樣品，模擬工業印染用褐藻酸鈉溶液樣品。通過測定褐藻酸鈉溶液樣品的黏度，系統地研究放置時間、溫度、硫酸鈉濃度與六偏磷酸鈉濃度對褐藻酸鈉溶液樣品黏度的影響。褐藻酸鈉溶液樣品的黏度隨著放置時間、溫度、硫酸鈉濃度與六偏磷酸鈉濃度的增加而降低。褐藻酸鈉溶液樣品配制2 h內，其黏度會明顯地下降。溫度由25 ℃升至40 ℃的過程中，溶液的黏度下降較快；溫度升至40 ℃以后，黏度的變化趨于平緩。

關鍵詞：褐藻酸鈉；硫酸鈉；六偏磷酸鈉；溫度；黏度

中圖分類號：O636 文獻標識碼：A 文章編號：0439-8114（2013）12-2897-03

Study on the Influencing Factor of Viscosity of Sodium Alginate

JIA Fu-qiang1，2，YU Yue-qin2，MIAO Jun-kui1，XU Yang1，YAN Shao-peng2，JIANG Peng2，LENG Kai-liang1

（1.Yellow Sea Fisheries Research Institute， Chinese Academy of Fishery Sciences， Qingdao 266071，Shandong；

2.College of Chemistry and Molecular Engineering， Qingdao University of Science and Technology，Qingdao 266042，Shandong）

Abstract： Sodium alginate， sodium sulfate and sodium hexametaphosphate were used to prepare sodium alginate sample in accordance with a certain percentage to simulate the sodium alginate sample applied in industrial printing and dyeing process. The effects of storage time， temperature and concentration of sodium sulfate and sodium hexametaphosphate on the viscosity of sample were systematically studied by determining the viscosity of aqueous solution of sodium alginate samples. The viscosity of sodium alginate samples in aqueous solution reduce with the increased of storage time， temperature and concentration of sodium sulfate and sodium hexametaphosphate. 2 h after been prepared， the viscosity of sodium alginate sample solutions declined significantly. The viscosity of solution dropped quickly when the temperature rose from 25 ℃ to 40 ℃， but change smoothly when temperature was higher than 40 ℃.

Key words： sodium alginate； sodium sulfate； sodium hexametaphosphate； temperature； viscosity

褐藻酸鈉是由β-D-甘露糖醛酸（M）與α-L-古羅糖醛酸（G）線形無規律排列的天然多糖[1-4]。褐藻酸鈉溶液具有高黏度性，現在已廣泛應用于食品、印染、醫藥、日用化工等行業[5-8]。在印染方面，褐藻酸鈉主要用于活性染料印花，它除了有較高的給色量外，由于-COOH基團有強水化能力，其制成的原糊具有良好的滲透性、抱水性、易洗性，印花后花型輪廓清晰、不易滲化，是傳統印花機所用的最理想糊料[9]。本研究以市售工業級的高黏度和中黏度的褐藻酸鈉作對比，研究了放置時間、溫度、硫酸鈉濃度與六偏磷酸鈉濃度對褐藻酸鈉溶液樣品黏度的影響，以期為褐藻酸鈉作為印染糊料在生產實踐中的應用提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 材料

1.1.1 儀器 BSA 124S-CW型電子天平購自賽多利斯科學儀器（北京）有限公司，JJ-1型精密增力電動攪拌器購自常州國華電器有限公司，LVDV-Ⅱ+Pro型黏度測定儀購自美國Brookfield公司，HH-2型數顯恒溫水浴鍋購自國華電器有限公司。

1.1.2 原料與試劑 褐藻酸鈉購自青島明月海藻集團有限公司，硫酸鈉（分析純，純度96%）購自煙臺三和化學試劑有限公司，六偏磷酸鈉（分析純，純度65.0%～70.0%）購自上海埃彼化學試劑有限公司。

1.2 方法

將硫酸鈉、六偏磷酸鈉溶于500 mL去離子水配成不同濃度的溶液，加入一定量的褐藻酸鈉，使無機鹽和褐藻酸鈉的總濃度為10 g/L，攪拌溶液至透明，一共配制有14種樣品（表1）。將配制好的褐藻酸鈉水溶液置于恒溫水浴中，在25、30、35、40及45 ℃，24 h內每隔一定時間用LVDV-Ⅱ+Pro型黏度測定儀在同一剪切速率下測定其黏度變化。

2 結果與分析

2.1 不同褐藻酸鈉溶液的黏度隨放置時間的變化

圖1為在25 ℃下含不同濃度硫酸鈉、六偏磷酸鈉的褐藻酸鈉溶液樣品的黏度隨放置時間的變化趨勢，圖1中居上的7條曲線表示，當硫酸鈉濃度、六偏磷酸鈉濃度較低時，褐藻酸鈉樣品的黏度隨著放置時間的增加呈現逐漸下降的趨勢；居下的7條曲線表示，當硫酸鈉濃度、六偏磷酸鈉濃度較高時，褐藻酸鈉樣品的黏度隨著放置時間的增加沒有明顯的變化。當硫酸鈉濃度、六偏磷酸鈉濃度較低時，溶液中的離子強度較小，不足以掩蔽靜電斥力，褐藻酸鈉樣品黏度的下降主要是由于褐藻酸鈉的降解。隨著加入硫酸鈉濃度、六偏磷酸鈉濃度的增加，褐藻酸鈉的濃度越來越小。因此，以下試驗均采用隨著放置時間增加黏度呈現下降趨勢的褐藻酸鈉樣品，即硫酸鈉濃度、六偏磷酸鈉濃度較低的樣品。

2.2 溫度對褐藻酸鈉溶液樣品黏度的影響

樣品在不同溫度下水浴2 h后的黏度變化如圖2所示。由圖2可知，溫度與褐藻酸鈉溶液樣品的黏度呈負相關。溫度由25 ℃升至40 ℃的過程中，樣品的黏度下降較快；溫度升至40 ℃后，黏度的變化趨于平緩。一方面，隨著溫度的升高，褐藻酸鈉溶液樣品的黏度不斷地降低。這是由于溫度的升高使溶液中褐藻酸鈉分子的熱運動加劇，分子間相互作用力減弱，因此溶液的流動阻力下降，導致了黏度的下降。另一方面，不同交聯形式形成的分子簇熱穩定性不同，溫度較低時，體系內部高分子鏈段熱運動不劇烈，高分子線團在溶液中具有相對的熱穩定性，分子內交聯就有一定的可能性，形成分子內交聯的離子還可以與相鄰分子鏈官能基團發生長距離的相互作用[10，11]，即弱相互作用，溫度升高時，這種相互作用受到破壞，導致體系的黏度迅速下降。

2.3 放置時間對褐藻酸鈉溶液樣品黏度的影響

在30 ℃下，樣品在24 h內黏度的變化如圖3所示。褐藻酸鈉是一種含聚甘露糖醛酸鏈段結構的天然高聚物。它無論在水溶液中還是在含一定量水分的產品中，都會發生不同程度的降解，其平均分子質量也會下降，分子質量分布范圍也會不斷變化。由圖3可知，褐藻酸鈉溶液樣品配制完成后放置2 h黏度下降較快；放置2 h后黏度下降不明顯。褐藻酸鈉溶液樣品的黏度隨著放置時間的延長而下降，說明褐藻酸鈉不斷降解，其分子質量有明顯的下降趨勢。

2.4 硫酸鈉濃度與六偏磷酸鈉濃度對褐藻酸鈉溶液樣品黏度的影響

將硫酸鈉和六偏磷酸鈉分別配制成不同濃度的溶液，加入一定量的褐藻酸鈉，使硫酸鈉、六偏磷酸鈉和褐藻酸鈉的總濃度為10 g/L，攪拌溶液至透明。在30 ℃下，樣品黏度的變化如圖4和圖5所示。由圖4和圖5可知，隨著硫酸鈉濃度與六偏磷酸鈉濃度的增加，褐藻酸鈉溶液樣品的黏度下降，并且最后趨于平緩。主要是由于存在于聚合物不同鏈段分子內的靜電排斥力被屏蔽，導致靜電網絡破裂。

3 結論

印花糊料的流變性是決定印花效果的重要因素，因此研究褐藻酸鈉原糊的流變性可為活性染料印花提供理論依據，可用于指導印花實踐、提高印花質量。本研究通過模擬工業印染用褐藻酸鈉溶液樣品，研究了不同條件下褐藻酸鈉溶液樣品黏度的變化規律，得出如下結論：褐藻酸鈉溶液樣品的黏度隨著放置時間、溫度、硫酸鈉濃度與六偏磷酸鈉濃度的升高而降低；制備褐藻酸鈉原糊時溫度不宜過高，否則會使黏度下降；新配制的褐藻酸鈉原糊在放置開始的2 h內黏度急劇下降，隨著放置時間的繼續增加黏度下降趨緩，但放置時間不宜過長。

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