高分子-表面活性劑溶液流變行為的研究.pdf

1、表面活性劑和高分子由于其獨(dú)特的性質(zhì)在生命科學(xué)、材料科學(xué)、能源科學(xué)以及許多現(xiàn)代高新技術(shù)發(fā)展中扮演著重要角色。二者混合后其水溶液的許多特性常常優(yōu)于任一純組分體系的性質(zhì)，在石油開采、紡織印染工業(yè)、日用化工、納米材料制備和制藥工業(yè)中己有廣泛的應(yīng)用。對(duì)于兩者相互作用的研究也受到越來(lái)越多的重視，并不斷向縱深方向發(fā)展，即逐漸由對(duì)宏觀性質(zhì)的研究深入到對(duì)微觀結(jié)構(gòu)的探測(cè)，從經(jīng)驗(yàn)規(guī)律的總結(jié)發(fā)展到分子、亞分子水平的研究。盡管高分子和表面活性劑之間相互作用的機(jī)理

2、已經(jīng)被公認(rèn)為合理的，但是在分子水平上對(duì)于某些相互作用的細(xì)節(jié)仍然是不清楚的。
　　 本論文的工作是基于上述研究背景以及發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行展開的，研究了SDS/陽(yáng)離子瓜爾膠水溶液的流變行為、外加添加劑NaCI和乙醇對(duì)SDS/陽(yáng)離子瓜爾膠水溶液流變行為的影響、與SDS具有不同性質(zhì)的油酸鉀和陽(yáng)離子瓜爾膠水溶液的流變行為。除此之外，又分別研究了CTAB和NaC1對(duì)甲基纖維素凝膠化行為的影響以及非離子型高分子對(duì)油酸鉀/碳酸鈉體系流變行為的影響，主

3、要得到以下幾個(gè)方面的結(jié)果：
　　 1.當(dāng)SDS濃度達(dá)到C1=0.08wt％時(shí)，陽(yáng)離子瓜爾膠溶液的零切粘度隨SDS濃度的增加而大幅的上升。在SDS濃度為0.043wt％時(shí)的零切粘度相對(duì)于未加SDS時(shí)溶液的剪切粘度有三個(gè)數(shù)量級(jí)的增加。零切粘度和SDS濃度成指數(shù)關(guān)系。
　　 體系的儲(chǔ)能模量G’、損耗模量G"隨著SDS濃度（大于C1）的增加有大幅的上升。體系的流變行為比較特殊，和Maxwell模型有很大的偏差，不能用此模型來(lái)對(duì)實(shí)

4、驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行討論。另外，所討論的體系也不符合Cox-Merz規(guī)則，SDS濃度越大，開始發(fā)生偏離的掃描頻率或剪切速率越小，復(fù)數(shù)粘度η*均大于穩(wěn)態(tài)剪切粘度η(y)，τc用％（反映交聯(lián)點(diǎn)強(qiáng)度的大?。┖虶c（反映交聯(lián)點(diǎn)數(shù)目的多少）的方法討論了SDS在陽(yáng)離子瓜爾膠上的聚集行為。隨著SDS濃度的增加，Gc幾乎不變，而τc則逐漸增加。溫度對(duì)SDS和陽(yáng)離子瓜爾膠體系的研究結(jié)果表明，溫度的增加使體系的零切粘度、G'、G"都有一定程度的下降。不同溫度下的Gc

5、幾乎沒有變化，τc則隨溫度的升高而下降。根據(jù)Arrhenius公式，計(jì)算出了體系的流動(dòng)活化能Eα隨著SDS濃度的增加而增加。
　　 2.與SDS類似，油酸鉀的加入可以使陽(yáng)離子瓜爾膠之間發(fā)生交聯(lián)，溶液的粘度得到顯著提高。但是SDS相對(duì)于油酸鉀來(lái)說(shuō)在很低的濃度下就可以提高陽(yáng)離子瓜爾膠溶液的粘度。另外，實(shí)驗(yàn)還發(fā)現(xiàn)油酸鉀在濃度超過(guò)其CMC時(shí)，陽(yáng)離子瓜爾膠溶液中仍沒有發(fā)生相分離，而SDS在濃度遠(yuǎn)低于其CMC時(shí)，陽(yáng)離子瓜爾膠溶液就開始發(fā)生相

6、分離。雖然在整個(gè)掃描頻率范圍內(nèi)，SDS與陽(yáng)離子瓜爾膠形成的體系的G’、G"要明顯大于油酸鉀與陽(yáng)離子瓜爾膠形成的體系，但油酸鉀與陽(yáng)離子瓜爾膠形成的體系的τc要高于SDS與瓜爾膠形成的體系。另外，實(shí)驗(yàn)還發(fā)現(xiàn)隨油酸鉀濃度的增加，達(dá)到C1以后Gc減小，τc增加。溫度的增加也使得油酸鉀/陽(yáng)離子瓜爾膠體系的零切粘度、G’、G”都有一定程度的下降。但Gc隨溫度的增加而增大，而τc則下降。相同表面活性劑濃度下，陽(yáng)離子瓜爾膠/油酸鉀體系的流動(dòng)活化能Ea要

7、高于陽(yáng)離子瓜爾膠/SDS體系。
　　 3.NaCl和乙醇的加入都導(dǎo)致陽(yáng)離子瓜爾膠/SDS體系零切粘度以及儲(chǔ)能模量G’、損耗模量G"的下降，但兩者對(duì)體系交聯(lián)點(diǎn)密度Gc、交聯(lián)點(diǎn)強(qiáng)度τc的影響有很大的不同。體系的交聯(lián)點(diǎn)密度Gc、交聯(lián)點(diǎn)強(qiáng)度τc隨NaCl濃度的增加而下降。而乙醇的加入則使體系的τc降低，Gc幾乎沒有變化。
　　 4.NaCl、CTAB以及兩者同時(shí)存在時(shí)對(duì)甲基纖維素(MC)凝膠化行為都有一定的影響。NaCl導(dǎo)致MC

8、發(fā)生溶膠，凝膠化轉(zhuǎn)變的溫度隨NaCl濃度增加呈線性降低。而MC的溶膠-凝膠化轉(zhuǎn)變溫度則隨CTAB濃度的增加呈線性的增加。NaCl和CTAB的存在并不影響MC發(fā)生溶膠-凝膠轉(zhuǎn)變的根本機(jī)理，改變的只是溶膠-凝膠轉(zhuǎn)變的過(guò)程。
　　 在固定NaCl濃度為3wt％時(shí)，MC溶液的溶膠-凝膠轉(zhuǎn)變溫度幾乎不隨CTAB濃度的變化而變化，實(shí)驗(yàn)所得到的溶膠-凝膠轉(zhuǎn)變溫度要高于理論計(jì)算值。在固定CTAB濃度為0.2wt％時(shí)，MC溶液的溶膠-凝膠轉(zhuǎn)變溫度

9、隨NaCl濃度的增加而呈線性下降，直線的斜率和不加CTAB時(shí)直線的斜率幾乎相等。將不同NaCl濃度時(shí)，固定濃度的CTAB和MC溶液的溶膠，凝膠轉(zhuǎn)變溫度的實(shí)驗(yàn)值和理論計(jì)算值對(duì)比發(fā)現(xiàn)，在NaCl濃度小于3.3wt％之前，實(shí)驗(yàn)值均大于理論計(jì)算值，而在NaCl濃度大于3.3wt％之后，實(shí)驗(yàn)值均小于理論計(jì)算值。
　　 5.3wt％的油酸鉀在3.7wt％的碳酸鈉存在條件下，溶液具有一定的粘彈性，表現(xiàn)出非牛頓(non-Newtonian)流體

10、的性質(zhì)。G’、G"對(duì)掃描頻率作圖得到的流變曲線以及G"對(duì)G作圖得到的Cole-Cole圖形表明體系的粘彈性行為在低頻率下符合Maxwell模型，在高頻率下有一定的偏離。
　　 PVP、PEG、PPG三種高分子的加入均使3wt％的油酸鉀/3.7wt％的碳酸鈉體系的零切粘度大幅下降，并且當(dāng)高分子的濃度達(dá)到一定程度時(shí)，體系的粘度幾乎不隨剪切速率而變化，表現(xiàn)出牛頓(Newtonian)流體的性質(zhì)。三種高分子在相同濃度下使體系粘度下降的幅