Page 30 - 201903

·376· 精细化工 FINE CHEMICALS 第 36 卷

性、厚度、均匀性、力学性能，因此需要研究成膜 表 1 共混膜液的流动指数和稠度系数
液的流变特性 [11] 。壳聚糖与玉米醇溶蛋白共混膜液 Table 1 Fluid index and the consistency coefficient of blend
solutions
的表观黏度随剪切速率的变化关系如图 1 所示。初
样品 稠度系数 K/（Pa·s） 流动指数 n R 2
始时，随着剪切速率的增大，体系黏度逐渐减小，
C/Z-0 0.843±0.030 a 0.849±0.002 b 0.997
呈现假塑性，具有剪切稀化的特点。蒋艳伟 [12] 等研
C/Z-1 0.558±0.029 c 0.882±0.010 a 0.995
究发现季铵盐壳聚糖与淀粉纳米晶复配的乳液也具
C/Z-3 0.561±0.020 b 0.865±0.003 a 0.998
有剪切稀化现象，与该实验研究结果一致。Glusac [13] b a
C/Z-5 0.564±0.052 0.859±0.001 0.998
等研究发现马铃薯蛋白与玉米醇溶蛋白交联同样有

类似的剪切稀化现象。剪切稀化现象可能是由于壳 2.2 温度对膜液黏度的影响
聚糖与玉米醇溶蛋白分子流体在静止时分子彼此缠 温度影响高分子聚合物流变性质，不同温度对
绕，一旦受到剪切力作用缠结点被解开，使比较散 不同质量比共混膜液黏度的影响如图 2 所示。随着
乱的链状粒子收缩成团，减少了相互缠绕的状态， 温度的升高，膜液的黏度逐渐降低。Wang [21] 等研究
分子沿流动方向排列成线，流层间的剪切力减小， 脱乙酰魔芋葡甘露聚糖黏度随温度的变化也得到了
黏度下降 [14] 。膜液在倾倒过程中往往需要良好的铺 类似结果。这是由于温度升高，壳聚糖分子和玉米
展性，剪切稀化现象可以证明原料具有良好的铺展 醇溶蛋白分子的热运动加剧，增大了流体体积，分
–1
性 [15] 。然而，剪切速率在 200~300 s 内黏度的变化 子间相互作用减弱，分子流动阻力下降，从而使膜
趋于平稳，造成这种现象的原因可能是随着剪切速 液的黏度下降。在适当的温度范围内，流体的黏度
率增大，缠结的分子结构被分解成单体，聚合物分 与温度之间的关系符合阿伦尼乌斯方程 [22] （式 2）：
子链重新排列缠绕的速率小于被剪切拉伸的速率， l n η=lnK 0 +E/RT （2）
受到作用力的方向与剪切力的方向一致，所以在高 式中：η—黏度，Pa·s；K 0—频率因子；R—气体常
剪切速率下黏度趋于稳定 [16] 。这与杨颖 [17] 等在研究 数，8.314J/（mol·K）；T—绝对温度，K；E—黏流
球磨处理对全果原浆静态剪切流变特性时的结果一 活化能，kJ/mol。将阿伦尼乌斯方程转化为 lnη（y）
致。同时根据幂律方程（式 1）计算流动指数(n)和 与 1/T（x）的直线方程，方程的斜率为 E/R，截距
稠度系数(K) [18] ： [23]
为 lnK 0 ，求出活化能和频率因子的值，如表 2 所

示。温度对膜液黏度的影响用阿伦尼乌斯方程拟合，
拟合的决定系数均在 0.95 以上，说明具有较高的拟
合精度。黏流活化能是描述材料黏度对温度依赖性
的参数, 指高分子材料在流动过程中，分子链段用
于克服位垒, 由原位置跃迁到附近“空穴”所需的最
小能量 [24] 。活化能的值反映了黏度对温度的敏感程
度，活化能越大，温度对黏度的影响也越大。随着
玉米醇溶蛋白质量分数的增加，共混膜液的活化能
逐渐升高。这可能是由于壳聚糖和玉米醇溶蛋白分
子间作用力较大，因此克服分子间作用力所需的

图 1 共混膜液的黏度与剪切速率关系
Fig. 1 Relationship between viscosity and the shear rate of
blend solutions

l g τ=nlgγ+lgK （1）
式中：τ—剪切应力，Pa；K—稠度系数，Pa·s；γ—
–1
剪切速率，s ；n—流动指数。如表 1 所示，随着玉
米醇溶蛋白质量分数的增加，膜液的稠度系数减小，
流动指数增大（0.849 增加到 0.882），逐渐接近 1，
表明流体的假塑性减弱，且共混膜液流体黏度与剪
切速率的相关性越来越强，这可能是由于壳聚糖与
玉米醇溶蛋白混合后高聚合分子的自由运动受到限 图 2 共混膜液的黏度与温度关系
制 [19] ，分子发生缠结，交联增强，聚集形成凝胶 [20] 。 Fig. 2 Relationship between viscosity and the temperature
of blend solutions