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魔芋黄原胶复合凝胶溶胀性能的研究

发布日期:2015-06-29 13:38:23

魔芋黄原胶复合凝胶溶胀性能的研究

对以魔芋胶和黄原胶为原料制备的复合凝胶的溶胀性能进行了研究。探讨了温度、pH、氯化钠、乙醇溶液对其溶胀度和 溶胀速率的影响,结果表明20^W°C范围内,?凝胶的溶胀度和溶胀速率随着温度的升高而降低;?凝胶在碱性溶液中的溶胀度和溶胀 速率较中性环境高,但在酸性溶液中比中性环境低;盐溶液、乙醇溶液均抑制凝胶溶胀,凝胶的溶胀度和溶胀速率随着盐浓度和酒精 浓度的增大而减小。

水凝胶是一种网络结构中含有大量水而不溶于水 的高分子聚合物,由于其在温度、pH、离子浓度、电 场等因素的影响下会发生溶胀或收缩,广泛应用于固 定化酶、物料萃取、组织工程、药物控制释放系统、
记忆开关元件等方面。
魔芋溶胶在碱性盐存在下,高温时脱去分子链上 的乙酰基形成具有网络结构的凝胶,从而降低了高分 子链的溶解性[1]。魔芋凝胶经过高温干燥后,不能恢复 原有的网络结构,因此限制了魔芋凝胶在水凝胶方面 的应用。有研究报道魔芋与黄原胶复配能形成凝胶, 二者有显著协同增效作用[2]。本文采用魔芋胶与黄原胶 复配,在一定条件下形成水凝胶,对介质对水凝胶溶 胀度(degree of swelling, DS)的影响进行了研究,以 求更好地为其在诸多领域的应用,提供理论引导。
将已知质量的凝胶放于200目滤布袋中,隔一定 时间把滤布从溶液中取出,称取重量,以时间为横坐 标,溶胀度为纵坐标,绘制溶胀速率图。
2结果与分析
2.1温度对凝胶溶胀度和溶胀速率的影响
凝胶在不同温度中的溶胀度和溶胀速率如图1、2
所示。 与运动较剧烈的水分子的碰撞机率较大,所以溶胀较 快,但是不断溶胀的凝胶,受到魔芋凝胶脱液收缩[6] 性质的影响也越来越大,温度越高,魔芋凝胶脱液收 缩越严重,此时凝胶在高温下的溶胀速率反而较低温 条件低,当凝胶达到溶胀平衡,由图2可知,低温中 凝胶的溶胀度较高。
2.2pH对凝胶溶胀度和溶胀速率的影响 
凝胶的溶胀规律是由快逐渐减慢, 最终趋向平衡。溶胀初期,溶胀速率随着温度的升高 而增大,之后,溶胀速率随着温度的升高而降低。这 是因为溶胀初期的凝胶,在高温溶液中,单位时间内用HCl和NaOH配制不同pH值的溶液,将凝胶 浸入其中溶胀至平衡,结果见图3、4所示。凝胶的溶 胀速率和平衡溶胀度基本随着pH的升高而增大。凝 胶在碱性溶液中的溶胀速率较快,可能因为黄原胶分 子链上的糖醛酸,在碱性溶液中,电离出较多羧基阴 离子(-COO_) [4],而使凝胶网络受到的静电排斥作用 增大,从而凝胶的吸水性也就增强。反之,酸性溶液不 利于凝胶羧基阴离子的形成;并且在酸性溶液中观察 到结构被破坏的凝胶碎片;魔芋溶胶和黄原胶在酸溶 液中粘度不稳定™,受这些因素的共同影响,导致凝 胶在酸性溶液中不仅溶胀速率低,而且溶胀难以达到 平衡。
可看到,凝胶浸入不同浓度的乙醇溶液 中,其溶胀度和溶胀速率都被抑制。溶胀平衡时的溶 胀度(如图6)与乙醇浓度成反比,且平衡溶胀度远 远低于纯水中的溶胀度,可能是乙醇有脱水的作用, 不仅抑制凝胶网络的自由伸展,而且阻碍外部水分子 与凝胶结合,导致凝胶的溶胀度低,溶胀速率亦慢。
不同浓度氯化钠溶液都能抑制凝 胶溶胀。氯化钠浓度越高,凝胶的溶胀速率和平衡溶 胀度越小。这可能是因为吸水凝胶和外部氯化钠溶液 之间的渗透压随着外部氯化钠溶液离子强度的增大而 减少,渗透压减小,外部的水分子就没办法通过渗透 作用进入吸水网络,这样该水凝胶含水量也就下降。
添加黄原胶的魔芋凝胶具有水凝胶的性质。凝胶 在冷水中即可快速溶胀,30°C时纯水中的溶胀度达到 63倍,且耐碱性,在碱性溶液中的溶胀速率和溶胀度 都较大。在酸性溶液中溶胀速率较低,酸性介质对凝 胶结构有破坏作用,引起凝胶溶解,溶胀达不到平衡。 乙醇溶液和氯化钠溶液可抑制凝胶溶胀。
 
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