聚蔗糖(polysucrose)是一种合成的中性、高度分支的亲水性多糖,主要由蔗糖与环氧氯丙烷在碱性条件下缩聚而成。它的化学结构特点是由多个蔗糖单元通过醚键连接,并且在分子链上带有许多羟基。这些羟基赋予了聚蔗糖良好的水溶性,使其能够在水中形成稳定的溶液。聚蔗糖作为一种具有应用前景的聚合物,其性能受聚合度的影响明显,介绍如下:
图:聚蔗糖
(一)理化性质
1. 分子量与分子量分布
通过 GPC 测定不同聚合度聚蔗糖的分子量及其分布。结果表明,随着聚合度的增加,聚蔗糖的数均分子量(Mn)和重均分子量(Mw)明显增大,且分子量分布变宽。较高聚合度的聚蔗糖具有更复杂的分子结构和更大的分子尺寸,这对其在溶液中的行为以及与其他物质的相互作用产生重要影响。
2. 溶解性
在水中,低聚合度聚蔗糖具有良好的溶解性,能够迅速溶解形成澄清透明的溶液。随着聚合度的升高,聚蔗糖的溶解性逐渐下降,这是由于分子间相互作用力增强,分子链的缠绕程度增加,导致其在溶剂中的扩散和分散变得困难。当聚合度达到一定程度时,聚蔗糖在水中的溶解需要更长的时间和更高的温度,甚至可能出现部分不溶的现象。
3. 密度
聚合度的增加使得聚蔗糖的密度呈现上升趋势。这是因为随着聚合度的提高,分子中原子数量增多,分子间排列更加紧密,单位体积内的质量增加,从而导致密度增大。不同聚合度聚蔗糖密度的差异在一些需要准确控制密度的应用场景,如密度梯度离心等方面具有重要意义。
(二)溶液行为
1. 黏度
采用旋转黏度计研究不同聚合度聚蔗糖溶液的黏度特性。低聚合度聚蔗糖溶液的黏度较低,且在一定浓度范围内,黏度随浓度的变化较为平缓,表现出牛顿流体的性质。随着聚合度的增大,聚蔗糖溶液的黏度急剧上升,在较低浓度下就呈现出明显的非牛顿流体行为,即黏度随剪切速率的变化而改变。这是由于高聚合度聚蔗糖分子链在溶液中相互缠绕形成网络结构,增加了流体内部的阻力,使得溶液的流动性能变差。
2. 表面张力
通过表面张力仪测定聚蔗糖溶液的表面张力。结果显示,随着聚合度的升高,聚蔗糖溶液的表面张力逐渐降低。这是因为高聚合度聚蔗糖分子具有更大的分子表面积和更强的分子间相互作用,更容易在溶液表面吸附并排列,从而降低了溶液表面的能量,表现为表面张力的下降。聚蔗糖溶液表面张力的这种变化在一些涉及表面现象的应用,如乳液制备、泡沫稳定性等方面具有重要影响。