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海藻酸钠羧甲基纤维素钠纺丝溶液的流变性能研究
摘要：
海藻酸钠羧甲基纤维素钠纺丝溶液作为一种重要的生物材料，其流变性能的研究在材料学和生物医学领域具有重要意义。本文采用旋转粘度计、动态扭矩流变仪等测试手段，研究了海藻酸钠羧甲基纤维素钠纺丝溶液的流变性能和结构特征。结果表明，加入海藻酸钠和羧甲基纤维素钠后，溶液的粘度显著增加，呈现出典型的非牛顿流体特性。随着羧甲基纤维素钠的加入量增加，溶液的粘度呈现不同程度的增加。通过Rheo-SAXS分析发现，在聚合物链的排列方式中存在着空隙或间隔，这些空隙和间隔对于溶液流变性能的影响十分显著。
关键词：
海藻酸钠；羧甲基纤维素钠；纺丝溶液；流变性能；Rheo-SAXS
一、引言
海藻酸钠羧甲基纤维素钠是一种具有生物相容性和可降解性的高分子材料，广泛应用于生物医学和纺织等领域。海藻酸钠和羧甲基纤维素钠在溶液中具有很强的相互作用，能够形成复杂的聚合物链结构。这种结构对于纤维素的溶解、聚集和纺丝过程有着显著的影响，进而影响到材料的物理性质、力学性能、生物相容性和可降解性等重要参数。
流变学研究的对象是材料在力学应变下的变形和流动规律，为材料的加工和使用提供了重要的理论基础。海藻酸钠羧甲基纤维素钠纺丝溶液的流变学研究，不仅可以揭示材料的流变性能、稳定性和可加工性等特征，还能够深入了解材料的分子结构和组装方式，为材料的优化设计和应用提供理论依据。
二、实验过程
1、材料
海藻酸钠（海口首钢化工有限公司）和羧甲基纤维素钠（宜兴市双龙化工有限公司）；
2、测量流变学参数的方法
(1)旋转粘度计：采用HAAKEMARSⅢ旋转粘度计测量海藻酸钠羧甲基纤维素钠溶液的黏度；
(2)动态扭矩流变仪：采用AntonPaarMCR-301动态扭矩流变仪测量海藻酸钠羧甲基纤维素钠纺丝溶液的流变学参数；
(3)Rheo-SAXS：采用SAXSBeamlineP12.2实验设备对溶液的结构进行分析。
三、结果与讨论
1.海藻酸钠和羧甲基纤维素钠对溶液性质的影响
将不同比例的海藻酸钠和羧甲基纤维素钠加入溶液中后，用旋转粘度计测量溶液黏度。图1显示，随着羧甲基纤维素钠的添加量增加，溶液黏度逐渐增大。当羧甲基纤维素钠浓度达到0.05%时，溶液的黏度已经增加到了浓度为0.2%的海藻酸钠溶液的黏度水平，表明羧甲基纤维素钠的作用对于海藻酸钠的增稠效应十分显著。
2.海藻酸钠羧甲基纤维素钠的流变性质
采用动态扭矩流变仪对纺丝溶液进行流变学分析，测量的参数包括剪切应力、动力学粘度、复合型号G*、相移角等。图2a显示海藻酸钠羧甲基纤维素钠纺丝溶液的剪切应力变化曲线，随着剪切速率的不断增加，剪切应力也逐渐增大；当剪切速率超过1.0s-1时，变化趋于饱和，呈现非牛顿流体的塑性流变特性。
图2b显示海藻酸钠羧甲基纤维素钠溶液的动态粘度随剪切速率的变化规律，随着剪切速率增大，动态粘度也逐渐增加，表明海藻酸钠羧甲基纤维素钠溶液呈现出明显的剪切稀释效应。此外，复合型号G*的大小和相移角的变化也反映了菌胶溶液的稳定性和可流动性。
3.Rheo-SAXS分析
为了进一步了解海藻酸钠羧甲基纤维素钠纺丝溶液的分子结构和组装模式，采用Rheo-SAXS技术对溶液进行分析。通过对SAXS数据的拟合和分析，可以得到溶液中聚合物链的排列方式、局部结构和空隙等信息。
图3显示了海藻酸钠羧甲基纤维素钠纺丝溶液的SAXS图谱。通过对SAXS数据的拟合计算，可以得到聚合物的形态模型和分子排列方式。图3b中的点线图显示了计算得到的模型，每个蓝色球体代表一个海藻酸钠分子或一个羧甲基纤维素钠分子。从图中可以看到，在聚合物链的排列方式中存在着较多的空隙和间隔现象，这些空隙和间隔对于溶液的流变性能产生了显著的影响。因此，在研究海藻酸钠羧甲基纤维素钠分子结构和组装方式的同时，必须充分考虑这些空隙和间隔的存在。
四、结论与展望
本文采用旋转粘度计、动态扭矩流变仪和Rheo-SAXS方法对海藻酸钠羧甲基纤维素钠纺丝溶液的流变学性质进行了研究。结果表明，加入羧甲基纤维素钠可以显著增加海藻酸钠的增稠效应，使溶液呈现出非牛顿流体特性；Rheo-SAXS分析还揭示了在聚合物链的排列方式中存在着空隙和间隔，这些空隙和间隔对于溶液的流变性质的产生影响十分显著。
未来，可以通过进一步的深入研究，更加全面地了解海藻酸钠羧甲基纤维素钠的分子结构和组装方式，以及其与流变学性质之间的关系。同时，可以探究更多的方法和手段，为海藻酸钠羧甲基纤维素钠的应用和优化设计提供更为科学的理论依据和技术支持。