擬塑性流體

基本概念

擬塑性流體，又稱假塑性流體，是一種重要的穩定的非牛頓流體。它不具有屈服剪應力。當切應力或切變率增高時，粘度降低，稱為剪下稀化，這種流變性稱為擬塑性，大多數高分子材料和高分子溶液具有這種流變行為。

具有擬塑性特性的流體如高分子溶液或融體如橡膠、醋酸纖維素以及凝汽油劑；懸浮液如顏料、紙漿、潔淨劑的泥漿；生物液如血液、發酵液以及食品工業中的澱粉糊等。

擬塑性流體的流動特性為：

式中，K為稠度係數，n為流動特性指數。K和n是與流體性質有關的經驗常數。K是液體稠度的量度，K越大，液體越粘稠。n值小於1，是非牛頓性的量度，n與1相差越多，則非牛頓行為越顯著。

上式若以

對

作圖，應有直線關係，據此可以求出K和n。擬塑性流體曲線經過原點，沒有屈服值，即只要稍微加上切應力就發生流動。

隨著切應力的增大，切變速率以越來越大的速度增加，物系的粘度隨著切變速率的增大而越來越小，這種現象稱為“剪下稀化現象”。

具有擬塑性流動性質的液體食品大多含有高分子的膠體粒子，這些粒子多由鏈狀高分子構成，在靜止或低流速時，相互鉤掛纏結，粘度較大，顯得粘稠。但當流速增大時，也就是由於流層之間剪下應力的作用，使比較散亂的鏈狀粒子滾動旋轉收縮成團，減少了互相的鉤掛，這就出現了剪下稀化的現象。

一些研究表明，剪下稀化的程度與分子鏈的長短和線型有關，直鏈高聚物分子形成剪下變稀的擬塑性溶液，一般來說相對分子質量越高，擬塑性越大。

食品科學中，發黏材料是黏稠和難於吞咽的。大部分液態食品0<n<1，都是擬塑性液體。n值越小，隨著流速的增加，粘滯阻力增加相對越慢。這時因為n越小，液體內部構造越弱，隨著剪下流速的增大，其內部分子結合而形成的阻力由於構造破壞而減少。當流速對內部構造沒有影響時，n=1，這就是理想的牛頓流體。

許多高分子化合物如羧甲基纖維素（CMC）、聚丙烯酸鈉（PANa）、藻蛋白酸鈉、黃原膠等水溶液是擬塑性流體。許多絲狀菌如青黴菌、麴黴菌、鏈黴菌等的培養液，一些生產多糖的微生物發酵液中含有微生物分泌的多糖、高濃度的植物細胞、酵母懸浮液等都表現出擬塑性流動特性。