疏水改性聚丙烯酸在水溶液中的行為及性能研究.pdf

1、水溶性聚合物被廣泛的應(yīng)用于石油開(kāi)采、日用化工、醫(yī)藥制造,食品生產(chǎn)等領(lǐng)域中,而疏水改性的新型水溶性聚合物已經(jīng)逐漸展現(xiàn)了巨大的應(yīng)用潛力。本論文采用體相粘度、激光共聚焦熒光顯微鏡(LCFM)、界面流變、乳狀液穩(wěn)定性等多種實(shí)驗(yàn)方法與耗散顆粒動(dòng)力學(xué)(DPD)模擬方法相結(jié)合,研究了疏水改性聚丙烯酸的分子結(jié)構(gòu)對(duì)其水溶液體相性質(zhì)和界面性質(zhì)的影響,以及這些性質(zhì)對(duì)乳狀液穩(wěn)定性的貢獻(xiàn),建立了聚合物分子行為,宏觀溶液性質(zhì)以及乳狀液穩(wěn)定性之間的聯(lián)系。
　　

2、 1.疏水改性聚丙烯酸水溶液性質(zhì)以及聚合物在水溶液中分子行為的研究采用體相流變和激光共聚焦熒光顯微鏡考察外界環(huán)境(pH和離子強(qiáng)度)對(duì)聚合物溶液的體相粘度以及其在水溶液中的分子形態(tài)的影響,采用DPD通過(guò)改變聚合物的分子結(jié)構(gòu)來(lái)模擬在不同外界條件下聚合物分子在水溶液中的聚集行為,模擬中疏水改性聚丙烯酸分子中COOH和COO-基團(tuán)的比例改變對(duì)應(yīng)于溶液pH的改變。分子模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果吻合得很好,研究結(jié)果表明,在低pH條件下,分子中主要以COO

3、H存在時(shí),分子內(nèi)強(qiáng)烈的氫鍵作用使得分子蜷縮成球狀,聚合物分子之間的交聯(lián)很少,聚合物鏈主要以塊狀顆粒的形式存在于溶液之中,體系的粘度很低。當(dāng)pH增大時(shí),分子中的COOH被逐漸中和為COO-,COO-之間的靜電斥力使聚合物分子伸展開(kāi)來(lái),聚合物分子之間開(kāi)始出現(xiàn)交聯(lián),溶液的粘度得到很大的提高。當(dāng)溶液離子強(qiáng)度增大時(shí),COO-之間的靜電斥力被屏蔽,聚合物分子擴(kuò)展所需的驅(qū)動(dòng)力減弱,聚合物分子交聯(lián)程度變小,溶液的粘度變小。研究結(jié)果表明,疏水改性使得分子

4、間交聯(lián)程度增大,分子網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)更容易形成,水溶液粘度增大。疏水改性程度的增大對(duì)聚合物分子的聚集行為產(chǎn)生影響也會(huì)增大,其溶液的粘度逐漸增高。
　　 2.疏水改性聚丙烯酸水溶液的油水界面性質(zhì)通過(guò)界面流變實(shí)驗(yàn)研究外界環(huán)境(pH和離子強(qiáng)度)對(duì)聚合物溶液油水界面張力和界面粘彈性的影響。研究結(jié)果表明,聚合物在油水界面上有一定的吸附,引起界面張力緩慢降低,模量緩慢升高,但是降低油水界面張力和增大油水界面粘彈性的幅度遠(yuǎn)小于通常表面活性劑存在時(shí)的變

5、化幅度,當(dāng)改變聚合物溶液的pH時(shí),隨著pH的增大,溶液的體相粘度增大,聚合物從體相到界面的擴(kuò)散和吸附減慢。而離子強(qiáng)度的增大則導(dǎo)致聚合物溶液的粘度變小,加快聚合物在油水界面上的吸附。與未疏水改性的聚合物相比,疏水改性聚合物的界面吸附趨勢(shì)增大,以至于其界面性質(zhì)受pH和離子強(qiáng)度的影響減小。另外,本部分還研究了非離子表面活性劑的加入對(duì)聚合物水溶液油水界面張力的影響。發(fā)現(xiàn)加入非離子表面活性劑會(huì)大大地降低油水界面張力,并且界面張力降低的速度明顯加快

6、,油水界面膜的性質(zhì)主要由表面活性劑決定,但顯然疏水改性聚合物仍有少量在界面吸附,并導(dǎo)致混合體系界面張力略高于只有表面活性劑的情況。
　　 3.疏水改性聚丙烯酸穩(wěn)定的乳狀液性質(zhì)的研究前兩部分取得的研究結(jié)果給出了在外界環(huán)境(pH和離子強(qiáng)度)改變和表面活性劑的加入時(shí)幾種疏水改性聚合物的體相粘度和界面性質(zhì)多樣化的變化,為探討乳狀液的穩(wěn)定機(jī)制和因素提供了代表性體系。研究結(jié)果發(fā)現(xiàn),在沒(méi)有表面活性劑存在時(shí),pH和離子強(qiáng)度對(duì)用疏水改性聚丙烯酸形

7、成的乳狀液穩(wěn)定性的影響與其對(duì)聚合物水溶液的粘度性質(zhì)的影響完全一致,而與界面張力變化規(guī)律不一致,說(shuō)明相對(duì)于油水界面性質(zhì),聚合物水溶液的體相粘度對(duì)乳狀液穩(wěn)定性起著更重要的作用,而疏水改性聚合物更容易形成分子網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),提高溶液粘度,以動(dòng)力學(xué)機(jī)制穩(wěn)定乳液。研究還表明,具有較強(qiáng)界面吸附趨勢(shì)的疏水改性聚合物對(duì)乳狀液的穩(wěn)定性更高,表明疏水改性聚合物在油水界面吸附以電性作用阻隔乳狀液滴聚并也是乳液穩(wěn)定機(jī)制之一。在表面活性劑存在的情況下,油水界面張力大幅

8、度降低引起乳狀液粒徑減小,以熱力學(xué)機(jī)制提高乳液穩(wěn)定性,與聚合物動(dòng)力學(xué)穩(wěn)定機(jī)制共同發(fā)揮作用。
　　 本論文通過(guò)結(jié)合分子模擬和實(shí)驗(yàn)手段,表征了疏水改性聚丙烯酸在水溶液中的分子形為,以及當(dāng)外界環(huán)境改變時(shí),分子結(jié)構(gòu)的改變對(duì)其分子行為的影響。同時(shí),還研究了疏水改性聚丙烯酸水溶液的體相性質(zhì)和其界面性質(zhì)對(duì)乳狀液穩(wěn)定性的影響,豐富完善了聚合物和表面活性劑對(duì)乳狀液的穩(wěn)定機(jī)制,對(duì)于乳狀液的配方設(shè)計(jì)和乳化用聚合物分子的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有一定的指導(dǎo)意義。

9、>　　 本論文的主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)1.分子模擬與實(shí)驗(yàn)方法相結(jié)合,研究疏水改性的聚丙烯酸在水溶液中的分子形態(tài),分析聚合物分子在水溶液中的聚集行為受環(huán)境因素影響的規(guī)律和機(jī)制。
　　 2.系統(tǒng)研究了疏水改性聚合物分子的界面活性和對(duì)油水界面膜性質(zhì)的改變,并探討了環(huán)境條件的影響規(guī)律和機(jī)制。環(huán)境條件引起體相和界面性質(zhì)變化的多樣性為探討乳狀液穩(wěn)定機(jī)制提供了典型樣本。
　　 3.研究聚合物溶液的體相性質(zhì)和界面性質(zhì)對(duì)乳狀液穩(wěn)定性的影響,探討了乳