羧甲基纤维素钠与海藻酸钠相容性的研究

5 0 .0 0
10%共 混 15%共 混
25%共 混
0.05
0 .1 0
0 .1 5
0 .2 0
C(g/dL)
图 2 溶液的ηsp c —c 和 lnηr c —c 图
3.2 溶液系数b和相容性参数 µ 的计算
ηsp − [η ]
c 以各种溶液的 c 值对相应的浓度 c 作图得图 3，通过曲线向 c=0 外推得纵坐标 截距即溶液的系数 b，以及由公式 1-1 求出的共混溶液的相容性参数 µ 列于表 1。
[ ] ηsp c —c 和 lnηr c —c 两条曲线通过直线外推所得到的特性粘数 η 值差异很小。因此, 我
们测定特性粘数时通常只用一条曲线ηsp c —c。但是,对于超高分子量聚合物, 两条曲线的
外推值差别会很大,我们在计算时应该取两者的平均值作为测定结果[7-8]。
2.3 相容性参数 µ 的计算
5 0 .0 0

SA 5%共 混
20%共 混
CMC
0 .0 5
0 .1 0
0 .1 5
0 .2 0
0 .2 5
C（ g/dL)
图 1 溶液的ηsp c —c 和 lnηr c —c 图
ηsp/c ,lnηr/c(dL/g)
40 35 30 25 20 15 10
ηsp − [η]
c
= b + Ac
c
（1-2）
由相容性参数 µ 可预测共混聚合物是否相容。当 µ 大于 0 时，两聚合物的共混是相容
的；反之，两聚合物的共混是不相容的。
2 实验部分
2.1 实验药品及仪器
海藻酸钠：青岛明月海藻集团有限公司；羧甲基纤维素钠：安丘市雄鹰纤维素有限 责任公司；乌式粘度计：浙江椒江市玻璃仪器厂（毛细管内径：0.7-0.8mm）；塞多利斯电 子天平：北京塞多利斯仪器厂（精确到 0.0001g）；Nicolet 5700 红外光谱仪：美国 Thermo Electron Corporation；JSM-6390LV 型扫描电子显微：日本电子株式会社；50mL 量筒；秒表。
0.25
ηsp − [η ]
c 图 3 溶液的 c —c 图
SA/CMC（g/g）
[η ] (dL/g)
b(dL2/g2)
µ
[ ] 表 1
η
溶液的特性粘数
,系数 b 和相容性参数 µ
20:0 19:1 18:2 17:3 16:4 15:5 0:20
14.05 15.64 15.69 13.39 13.93 13.95 8.37
ηr
=η ηo
≈
t to
= ηsp
+1
求出增比粘度ηsp 和相对粘度ηr 。由特性粘数的定义：
[η ] = lim ηsp = lim(ln ηr )
c→0 c
c→0Leabharlann c（1-3）ηsp ln ηr 将不同浓度下测定的 c 和 c 值对浓度 c 作图，通过曲线向 c=0 外推得纵坐标截距
的值便为特性粘数 [η ] 。在聚合物分子量不是很高、聚合物溶液浓度很小的情况下, 由
76.34 40.44 39.98 89.79 2.327 2.283
43.76 46.98 11.92 2.147 -23.178 -23.361
共混溶液的相容性参数 µ 可以判断两种物质的相容性，当 µ 大于 0 时，两聚合物的共
混是相容的；反之，两聚合物的共混是不相容的。由表 1 可以看出，CMC 的质量百分含量 在 5—15%范围内时，CMC 与 SA 是相容的，且随着 CMC 含量的上升二者的相容性下降， CMC 含量在 20—25%范围内时二者是不相容的。

羧甲基纤维素钠与海藻酸钠相容性的研究
张传杰 1，朱平 1,2，王怀芳 1，郭肖青 1
1 青岛大学“纤维新材料及现代纺织”国家重点实验室培育基地，山东青岛（266071） 2 绍兴文理学院，浙江绍兴 （320000）
E-mail：jcuse@
b − b22
[η] −[η]
−
b33
[η ]
− −
b22
[η ]
µ=
2
3
2
2([η] −[η])
3
（1-1）
式中
[η
] 2
、
[η
] 3
和
[η
]
分别表示聚合物
2、聚合物
3
和这两种聚合物混合溶液的特性粘
数。 b 、 b22 和 b33 分别为混合溶液、聚合物 2 和聚合物 3 的系数，由以下公式计算：
图 2 海藻酸钠 G 单元与 Ca2+形成的“egg-box”结构
M.Walker 等人[3]研究发现用于伤口敷料时，羧甲基纤维素钠纤维比海藻纤维具有更好 的吸湿性，能将细菌固定到凝胶膜内部，可以更好的保护伤口，促进伤口的治愈，但是这种 敷料容易过度溶胀，与伤口渗出液粘连到一起，影响敷料的移除。因此，我们在海藻酸钠纺 丝液中引入羧甲基纤维素钠，综合两种高分子材料的优异性能制备共混纤维，以改善海藻纤 维的应用性能。
对于由溶剂 1 和共混聚合物（分别标为 2 和 3）组成的混合三元体系，此时溶液浓度 c=c2+c3，
[ ] [ ] [ ] 特性粘数 η = w2 η 2 + w3 η 3 ， b = w22b22 + w32b33 + 2w2w3b23 。式中 w2 和 w3 为聚合物
2，3 的重量分数。则相容性参数 µ 的表达式如下：
-2-

依次稀释 80%，得到一系列不同浓度的待测溶液[6]。
用乌式粘度计在 25℃下分别测定上述不同浓度的溶液和 0.1mol/L 的氯化钠水溶液在两
刻度之间的流动时间 t 和 to，重复测定三次，取其平均值。根据公式：
ηsp
= η −ηo ηo
≈
t − to to
3.3 共混溶液的落球粘度（时间）
液体的粘度是液体大分子微观作用的宏观表现，因此通过测定液体粘度可以反映大分子 间作用力的相关信息。本实验通过测定总浓度相同下不同共混比的 SA/CMC 混合溶液的落 球粘度，判断 CMC 与 SA 大分子之间的作用力。首先分别测定不同浓度的 CMC 溶液和 SA 溶液的落球粘度，选择落球粘度接近的溶液浓度作为共混溶液的总浓度，以屏蔽因二者大分 子结构的差异造成的溶液粘度的差异。然后在总浓度确定下配制不同混合比例的溶液，测定 其落球粘度。
摘 要：采用稀溶液粘度法研究不同混合比例的羧甲基纤维素钠（CMC）与海藻酸钠（SA） 的相容性，发现羧甲基纤维素钠含量在5—15%范围内时两者是相容的，超出这个范围则是 不相容的。通过共混溶液的落球粘度、红外光谱扫描和扫描电子显微镜等来表征二者的相容 性，并从理论上分析了其相容性随羧甲基纤维素钠含量变化的原因。 关键词：海藻酸钠；羧甲基纤维素钠；相容性；稀溶液粘度法；红外光谱
2.2 溶液特性粘数的测定
用 0.1mol/L 的氯化钠水溶液作溶剂，配置浓度为 0.2g/dL 的海藻酸钠溶液（SA）、羧 甲 基 纤 维 素 钠 溶 液 （ CMC ） 、 不 同 共 混 比 （ CMC 的 质 量 百 分 含 量 分 别 为 ： 5%,10%,15%,20%,25%）的 CMC 和 SA 共混溶液，然后用 0.1mol/L 的氯化钠水溶液作溶剂
ηsp − [η ]
由公式
1-3
求出
[η
]
、
[η
] 2
和
[η
] 3
，然后根据公式
1-2，
以
c
c
对 c 作图，通过
曲线向 c=0 外推得纵坐标截距，由此得到 b 、 b22 和 b33 。将上述各值代入公式 1-1，即可求 出不同比例混合的羧甲基纤维素钠和海藻酸钠的相容性参数 µ 。
2.4 溶液落球粘度（时间）的测定
表 2 不同混合比例的共混溶液的落球时间
SA/CMC（g/g） 20:0 19:1 18:2 17:3 16:4 落球时间（S） 391.83 398.21 406.07 417.02 388.11
15:5 0:20 386.75 384.68
注：共混溶液总浓度为3.6%。
从表 2 可以看出，随着共混溶液中 CMC 含量的增加共混溶液的粘度逐渐升高，CMC 含量为 15%时达到最大值，然后共混溶液粘度随 CMC 含量的增加下降。这是因为 CMC 含 量较低时，CMC 大分子上的羧甲基伸展穿插于 SA 大分子间，与 SA 大分子上的羧基和羟基 形成氢键作用，使 SA 大分子相互交联，增加了 SA 大分子间的作用力，且这种作用随 CMC 含量的上升而增强，因此共混溶液的粘度随 CMC 含量的增加而增加。但是随着 CMC 含量 的增加，CMC 大分子间形成强烈的氢键作用，限制了其与 SA 大分子间的相互作用，影响 CMC 在海藻酸钠溶液中的分散均匀性，使得共混溶液的粘度介于纯 SA 和 CMC 溶液的粘度 之间。
分别将上述溶液装入 50mL 量筒，记录直径 5mm 小钢球在 25℃落经相距 15cm 的两刻 度所需要的时间，重复三次取平均值。
2.5 红外光谱（IR）的表征
将上述各溶液制成薄膜，粉粹后用红外光谱仪测试其化学结构和相互作用力。
2.6 扫描电子显微镜（SEM）的表征
在扫描电子显微镜上观察上述各薄膜的表面形貌。
高聚物的共混相容性是指聚合物之间热力学上的相互溶解性,也称溶混性。“相容”是指
-1-

两种聚合物在分子(链段)水平上互溶形成均一的相。更明确的说是两种高分子以链段为分散 单元相互混合，通常把聚合物之间在链段级上的混合称为相容[4]。高聚物的共混相容性对 共混高聚物的聚集态结构和性能有决定性的影响，因此相容性的表征是研究高分子材料共混 改性的关键，在制备海藻酸钠/羧甲基纤维素钠共混纤维之前，需要首先研究这两种物质的 共混相容性。本文采用稀溶液粘度法研究不同共混比的羧甲基纤维素钠（CMC）与海藻酸 钠（SA）的相容性，然后通过共混溶液的落球粘度、红外光谱扫描和扫描电子显微镜来表 征二者的相容性，并从理论上分析了其相容性随羧甲基纤维素钠含量变化的原因，为制备海 藻酸钠/羧甲基纤维素钠共混纤维和其性能研究提供了理论依据。