2结果与讨论
2.1海藻酸钠和黄原胶糊料的静态粘度性能
从图1可以看出,与海藻酸钠相比,黄原胶在低用量、低剪切速率下就具有较高的表观粘度,剪切变稀特征较为显著,特别是1%(对浆料质量)时,海藻酸钠近乎牛顿流体,黄原胶则具有假塑型流体剪切变稀的显著特点.此差异与2种糊料不同的分子结构有关.海藻酸钠是一种无规嵌段共聚物,相对分子质量在32000~200000,结构单元分子质量理论值为198.11[5-7],属于非化学交联型结构.而黄原胶是一种“五糖重复单元”的结构聚合体,含有三级结构,其平均分子质量在2 x 106-5x107[8],分子链本身硬直,分子间作用力强.在溶液中,黄原胶通过分子内和分子间的非共价健以及分子链间缠结形成聚集态结构,具有高度缠绕的网络结构,加上硬直的分子链,使其在低用量、低剪切速率下具有较高的粘度.与黄原胶相比,在水溶液中,海藻酸钠分子缠结形成的网状结构较少,结构粘度显著小于黄原胶,因此用量为l%的海藻酸钠糊料接近牛顿流体的特征.
另外,随着印花糊料用量的增加,其表观粘度逐渐增大,剪切变稀特性也越来越显著.因为糊料用量增加,其溶胶体系中含有较多的亲水性基团,分子间易于通过氢键和范德华力相互缠结成规整的网状结构,包裹较多的自由水分,使糊料溶液的结构粘度变大,所以用量较高糊料的较大,且假塑性也较显著.
图1不同用量印花糊料的表观粘度一剪切速率曲线
2.2海藻酸钠和黄原胶糊料的动态粘弹性能
试验测定储能模量G’、损耗模量G"、损耗角艿和复合粘度随剪切应力变化而变化的情况,从而反映出海藻酸钠和黄原胶糊料的粘弹性能.储能模量G’是指糊料体系在交变应力作用下一个周期内储存能量的能力,通常代表糊料的弹性[9],其值越大,糊料的弹性越大.损耗模量G"则是指糊料体系在一个变化周期内所消耗能量的能力,通常代表糊料的粘性,其值越小,糊料的粘性流动越好㈣,可用来判断糊料是处于类液状态还是类固状态.当糊料处于类液状态时,其储能模量G’远小于损耗模量G";当糊料处在类固状态时,其储能模量G’远大于损耗模量G"tan表征糊料粘弹性能的相对大小.[l1]
<45°时。G’> G",糊料的弹性大于粘性,表现出较显著的类固态特征;
>45°时,G"> G’,糊料的粘性大于弹性,表现出较显著的类液态特征;
=45°时,G"= G’,糊料弹性与粘性的比例成分相等,为类固态和类液态的临界转变状态.复合粘度卵与频率、储能模量及损耗模量有很大的相互关系[12],是储能粘度η" (表示弹性贡献)和动态粘度η’(表示粘度贡献)综合作用的结果.
2.2.1模量、损耗角与剪切应力的关系
从图2(a)可知,随剪切应力的增加,海藻酸钠的储能模量G"始终大于损耗模量C,损耗角大于45°,说明在剪切应力作用下,海藻酸钠的粘性始终大于弹性,主要表现出粘性行为.剪切应力在0~20Pa内,随着剪切应力的增加,海藻酸钠的G’、G"、
基本不变,经历一个平台区,此即为海藻酸钠的线性粘弹区域,因为在剪切应力作用下,海藻酸钠分子链会沿着剪切应力方向取向而自动解缠,同时因分子间氢键和范德华力作用相互缠结,剪切应力在一定范围内还不足以完全破坏海藻酸钠溶胶体系的结构,其分子链解缠和缠结速率基本相等,所以海藻酸钠的G’、G"、
基本不变.剪切应力在20100Pa内,随着剪切应力的增加,海藻酸钠的G’、G"缓缓下降,说明此范围内海藻酸钠的弹性和粘性都略有下降;而
缓缓上升,说明此范围内海藻酸钠的粘性比例成分稍有增加;但是G’、G"、6的变化幅度都不大,说明在较高的剪切应力作用下海藻酸钠的粘弹性能仍然比较稳定.随着剪切应力继续增大,海藻酸钠分子链沿着剪切应力方向取向的程度加大,解缠速率大于缠结速率,体系网状结构被破坏,从而海藻酸钠的弹性和粘性都略有下降.