烷基糖苷表面活性劑及其復配體系流變行為研究

尚小琴， 伍　密， 武倫福， 陳浩亮， 王信銳，彭標文

(1.廣州大學 化學化工學院, 廣東 廣州　510006； 2.廣州市生產力促進中心, 廣東 廣州　510400)

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烷基糖苷表面活性劑及其復配體系流變行為研究

尚小琴1， 伍密1， 武倫福2， 陳浩亮1， 王信銳1，彭標文1

(1.廣州大學 化學化工學院, 廣東 廣州510006； 2.廣州市生產力促進中心, 廣東 廣州510400)

以實驗室自制的烷基糖苷(APG)為主要研究對象，考察溶液濃度、鹽度以及復配體系中聚乙二醇(PEG)濃度對烷基糖苷溶液和復配體系溶液粘度以及流變性能的影響.實驗結果表明，不同濃度烷基糖苷溶液呈現出不同的流變學特征，溶液濃度≥9%時，溶液由牛頓流體向非牛頓流體轉變；鹽濃度對烷基糖苷溶液影響顯著，NaCl濃度≥1%時，APG溶液由非牛頓性流體向牛頓流體轉變；聚乙二醇與烷基糖苷復配后體系溶液的流變性能發生改變，聚乙二醇濃度較低時，復配體系為牛頓流體；聚乙二醇濃度較高時，復配體系呈現非牛頓流體特征.

烷基糖苷； 流變行為； 粘度； 復配體系

表面活性劑是一種加入少量就能顯著改變溶液物理、化學性質的物質，被形象地稱為“工業味精”[1-3].根據不同條件，表面活性劑在溶液中能形成各種聚集形態，這種聚集體的流變性與其微觀結構以及內部基團間的相互作用有直接關系.因而，流變性質已成為影響表面活性劑應用的重要參數[4-6].

烷基糖苷(APG)是一種以天然可再生資源為原料制得的綠色環保型非離子表面活性劑.由于其良好的生物降解性、優良的復配性以及對皮膚溫和無刺激等性能，在日用化工、采油、醫藥等領域展現出廣闊的前景[7-8].烷基糖苷膠束聚集形態有球狀結構和圓柱狀結構，在提高濃度或添加助劑等條件下可演變為蠕蟲狀、囊泡狀和層狀等結構，蠕蟲狀膠束具有粘彈性，兼有增稠和較強清洗力等特點[10-11].本文以實驗室自制的烷基糖苷為主要研究對象，考察溶液濃度、鹽度以及復配體系中聚乙二醇濃度對烷基糖苷溶液和復配體系溶液粘度以及流變性能的影響，為烷基糖苷類表面活性劑的應用提供實驗數據.

1　實驗部分

1.1主要原料與儀器

無水葡萄糖，分析純，天津市福晨化學試劑廠；正十二醇，分析純，天津市科密歐化學試劑有限公司；對甲苯磺酸、十二烷基苯磺酸鈉、氯化鈉、聚乙二醇，分析純，天津市大茂化學試劑廠；烷基糖苷，自制.

集熱式恒溫加熱磁力攪拌器，DF-101S，鞏義予華儀器有限公司；精密電子天平，JJ-500型，美國雙杰兄弟集團有限公司；可編程控制式流變儀，Brookfield DV-Ⅲ+，上海人和科學儀器有限公司.

1.2烷基糖苷溶液的配制

將烷基糖苷(APG)樣品配制成不同濃度的溶液，并將配制的12%的APG溶液與不同濃度的NaCl溶液混合得到不同鹽度的APG溶液，再將12%的APG溶液與不同濃度的聚乙二醇混合,得到不同濃度的APG/PEG復配體系,將上述溶液放置24 h后備用.

1.3烷基糖苷流變性的測定

利用Brookfield DV-Ⅲ+可編程控制式流變儀測定所配溶液的粘度，RV型轉子轉速范圍為0～250 RPM，每個5 s記錄一次數據，測試溫度為29.0 ℃.

2　結果與討論

2.1不同濃度烷基糖苷表面活性劑溶液的流變特性

不同濃度APG溶液的流變曲線和固定剪切速率(51.4 s-1)下濃度與粘度的關系見圖1和圖2.由圖1可知，隨著剪切速率的增加，高濃度APG溶液的粘度明顯減小，呈現剪切變稀特性，由此可知APG濃度≥9%時表現出非牛頓流體特性，屬于非牛頓流體；而濃度為8%時APG溶液粘度隨剪切速率的變化不顯著，表現出牛頓流體的特性.由圖2可知，APG溶液粘度隨著濃度的增大而增大，當濃度為15.5%時出現最大值，隨后則逐漸減小.這是由于APG溶液相態發生變化而導致，當溶液濃度較低時APG溶液為單個游離膠束，隨著濃度增加逐步形成球形膠束，繼而形成蠕蟲狀膠束，濃度繼續增加，蠕蟲狀膠束相互纏繞形成空間的網狀結構，最后逐步趨于層狀膠束，因此APG溶液的粘度出現了先增加后減小的現象.

圖1　不同濃度APG溶液剪切速率與粘度的關系

Fig.1The relationship between APG viscosity and shear rate in different APG concentration

圖2　APG溶液濃度與粘度的關系

Fig.2The relationship between viscosity and concentration of the APG

2.2烷基糖苷表面活性劑溶液的穩態剪切

固定APG溶液濃度為12%，考察不同轉速下粘度隨剪切時間的變化規律，實驗結果見圖3.由圖3可知，在剪切速率較低時，溶液粘度高且呈現緩慢減小的趨勢，這是由于高濃度時溶液為蠕蟲狀膠束，受剪后相互纏繞而形成局部網絡結構，阻礙了溶液的流動；而當剪切速率較高時，溶液蠕蟲狀膠束斷裂成為片段或者轉變為棒狀膠束，體系粘度較小，并且與時間無關，因此溶液的粘度趨于穩定.

圖3　APG溶液在不同轉速下的時間與粘度的關系

Fig.3The relationship between APG viscosity and time in different rotate speeds

2.3鹽度對烷基糖苷表面活性劑溶液流變行為的影響

固定APG溶液濃度為12%，NaCl濃度對烷基糖苷溶液流變性能的影響以及濃度與粘度的關系見圖4和圖5.由圖4可知，當NaCl濃度<1% 時，APG溶液粘度均隨著剪切速率的增加而減小，呈現剪切變稀特征，為非牛頓性流體；但當NaCl濃度>1%時，APG溶液粘度隨剪切速率的增大呈現穩定趨勢，APG溶液為牛頓流體.由圖5可知，隨著NaCl濃度的增加，APG溶液粘度快速增加，當NaCl濃度為0.25%時,出現最大值，隨后急劇減小，當NaCl濃度為1.5%時，粘度很小且趨于穩定.這是因為NaCl的加入使APG溶液膠團的聚集數增大，逐步形成網狀結構，故APG溶液粘度出現最大值；但當NaCl濃度過大時，NaCl分子將奪取部分膠團中的水分子以形成水合離子，使得APG溶液膠團進一步長大而分相，導致體系粘度和透明度降低.

圖4　不同NaCl濃度下APG溶液剪切速率與粘度的關系

Fig.4The relationship between APG viscosity and shear rate in different NaCl concentration

圖5　NaCl濃度與APG溶液粘度的關系

Fig.5The relationship between APG viscosity and NaCl concentration

2.4聚乙二醇對烷基糖苷表面活性劑溶液流變行為的影響

不同濃度聚乙二醇對烷基糖苷溶液流變行為的影響見圖6.由圖6可知，聚乙二醇濃度較低時，APG/PEG復合體系粘度降低明顯，并且粘度隨剪切率的變化不明顯，近似于牛頓流體；而隨著聚乙二醇濃度的增大，復合體系粘度降低的幅度減小，且呈現剪切變稀現象，表現出非牛頓流體的特征.由于烷基糖苷表面活性劑能和聚乙二醇的疏水基團形成混合膠束，當聚乙二醇濃度較低時，其疏水基團少，形成的混合膠束可能處于游離膠束狀態，所以體系的粘度較低；但隨著聚乙二醇濃度的增加，其疏水基團增多，混合體系形成的混合膠束逐漸形成空間網絡結構，導致體系粘度增大.

圖6不同聚乙二醇濃度APG/PEG溶液剪切速率與粘度的關系

Fig.6The relationship between APG/PEG viscosity and shear rate in different PEG concentration

3　結　論

(1)不同濃度烷基糖苷(APG)溶液呈現出不同的流變學特征.溶液濃度≥9%時表現出非牛頓流體特性，屬于非牛頓流體；濃度為8%時APG溶液粘度隨剪切速率的變化不顯著，表現出牛頓流體特性, 屬于牛頓流體；剪切速率較低時，溶液粘度高且呈現緩慢減小的趨勢，而當剪切速率較高時，溶液粘度趨于穩定.

(2)鹽濃度對烷基糖苷溶液(APG)影響顯著.NaCl濃度<1% 時，APG溶液的粘度隨著剪切速率的增加而減小，呈現剪切變稀特征，為非牛頓性流體；NaCl濃度>1%時，APG溶液的粘度隨剪切速率的增大呈現穩定趨勢，為牛頓流體.

(3)聚乙二醇與烷基糖苷復配后體系的流變性能發生變化.聚乙二醇濃度較低時，APG/PEG復合體系粘度降低明顯，并且粘度隨剪切速率的變化不明顯，近似于牛頓流體；而隨著聚乙二醇濃度的增大，復合體系粘度降低的幅度趨小，且呈現剪切變稀現象，表現出非牛頓流體的特征.

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【責任編輯： 孫向榮】

Rheological properties of alkyl polyglucosides surfactant and its complex systems

SHANG Xiao-qin1, WU Mi1, WU Lun-fu2, Chen Hao-liang1, WANG Xin-rui1, PENG Biao-wen1

(1. School of Chemical Engineering and Technology, Guangzhou University, Guangzhou 510006, China2. The Productivity Promotion Center of Guangzhou, Guangzhou 510400, China)

This paper aims to study the effects of alkyl polyglucosides (APG) aqueous solution concentration, sodium chloride and polyethylene glycol on the rheological properties of APG and its complex systems. The results show that different rheological characteristics are found in different concentrations of APG solution. APG is non-Newtonian fluid when the concentration is≥9%, and APG is Newtonian fluid when the concentration is 8%. The effect of salt concentration on APG rheological properties is significant. The solution shifts from non-Newtonian fluid to Newtonian fluid when the NaCl concentration is ≥1%. The rheological behavior of polyethylene glycol and APG complex system is changed. The complex system is Newtonian fluid when polyethylene glycol concentration was low, and the complex system is non-Newtonian fluid when polyethylene glycol concentration is high.

the alkyl polyglucosides; rheological properties; viscosity; complex systems

2016-05-22;

2016-05-25

廣東省科技計劃資助項目(2016A01010344)；廣州市科技計劃資助項目(2013J4300043);國家級、廣東省級大學生創業訓練資助項目(201611078108，201511078002，201611078035)

尚小琴(1962-)，女，教授，博士. E-mail: hushanren@163.com

1671- 4229(2016)04-0029-04

TQ 423

A