激光光散射研究支链淀粉溶液性质

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利用静态激光光散射仪表征了蜡状谷物支链淀粉和土豆支链淀粉在水溶液中的重均分子量(-Mw)、根均方旋转半径(〈Rg〉)和第二维利系数(A2);利用动态激光光散射和流变仪表征了蜡性谷物支链淀粉和土豆支链淀粉在稀溶液和半稀溶液中的动力学。在稀溶液中,对于蜡性谷物支链淀粉,当qRg≤2时(q为散射矢量,Rg为蜡性谷物支链淀粉的根均方旋转半径),可观察到支链淀粉的扩散运动;当qRg>2时观察到的主要是支链淀粉分子中支化部分的内部运动,线宽(〈Γ〉)和散射矢量(q)的关系可表示为〈Γ〉~qn(n=2.73±0.06)。在动态光散射中由于观察尺度以及支链淀粉超支化结构的原因导致部分内部运动被忽略。对于土豆支链淀粉,动态光散射中只能观察到其扩散运动。 在半稀溶液中,对于土豆支链淀粉,当浓度高于临界交叠浓度时可观察到三种松弛运动,快运动的线宽和q2成正比,而且该运动的松弛时间随浓度的增加而减小。这说明该运动是高分子在半稀溶液中形成的瞬时网络的协同松弛运动。慢运动来自于支链淀粉的聚集体。当浓度C>4%时观察到中速运动,这种中速运动归因于交联网络中热致密度涨落,这是由支链淀粉聚集导致交联网络中的非均匀性引起的。对于蜡性谷物支链淀粉,同样发现了三种松弛运动。快运动起初是由单个支链淀粉分子的内部运动引起的,而后,随着浓度升高,是由交联网络的协同运动引起的。中速和慢运动的物理起源和土豆支链淀粉是一致的。然而,蜡性谷物支链淀粉中速和慢运动的浓度依赖性和角度依赖性是和土豆支链淀粉不一致的,这是由于蜡性谷物支链淀粉半稀溶液中动态耦合效应的缘故。 通过静态光散射中得到的分子参数计算了蜡性谷物支链淀粉和土豆支链淀粉的临界交叠浓度。系统研究了支链淀粉在稀溶液和半稀溶液中的流变行为,讨论了剪切速率、浓度、温度等对溶液表观粘度(ηa)、流动指数(n)、零切粘度(η0)等的影响,发现蜡性谷物支链淀粉在NaOH水溶液中表现为非牛顿型流体,且随着浓度增加,非牛顿性增强;而土豆支链淀粉即使在临界交叠浓度以上也表现为牛顿型流体。
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