相反電荷表面活性劑-聚電解質(zhì)復合溶液流變行為與動力學模型的研究.pdf

1、由于在實際應(yīng)用與理論研究上的重要性，相反電荷聚電解質(zhì)—表面活性劑復合溶液體系，受到廣泛的關(guān)注。然而，由于研究手段的限制，已有的研究大多集中在表面活性劑添加聚電解質(zhì)稀溶液體系，對于聚電解質(zhì)在纏結(jié)溶液中與相反電荷表面活性劑相互作用的研究迄今未見有報道。多相/多組分聚合物體系的流變特性與其組分間的相互作用、相形態(tài)密切相關(guān)，本文以兩種陰離子聚電解質(zhì)聚丙烯酸（PAA）與羧甲基纖維素鈉（NaCMC）為研究對象，在聚電解質(zhì)的亞濃纏結(jié)溶液區(qū)間，采用流變

2、學的方法，系統(tǒng)考察了表面活性劑濃度、烷基鏈長，聚電解質(zhì)電荷密度、濃度以及溫度對聚電解質(zhì)—表面活性劑復合溶液流變行為的影響，并從聚電解質(zhì)標度理論與“Sticky Reptation模型”出發(fā)，推導出相反電荷表面活性劑在聚電解質(zhì)亞濃纏結(jié)溶液中的動力學標度關(guān)系，揭示了復合體系特征流變響應(yīng)與其形態(tài)及組成的對應(yīng)關(guān)系。論文取得了以下主要結(jié)果： 對陽離子表面活性劑十二烷基三甲基溴化銨（C12TAB）與十六烷基三甲基溴化銨（C16TAB）添加到

3、不同中和度的PAA亞濃纏結(jié)溶液體系而言，隨著C12TAB和C16TAB濃度（csurf）增加，PAA溶液的零剪切粘度（η0）的變化分為兩個階段（對應(yīng)的臨界表面活性劑濃度為Cc）：當CsurfCc時，η0隨Csruf增加顯著增高。對于中和度相同的PAA溶液，當Csurf>Cc時，logη0～logcsurf曲線所表現(xiàn)出的斜率基本相等，表明PAA—CnTAB復合體系η0變化的標度關(guān)系與表面活性劑的烷基

4、鏈長無關(guān)。Cc值大于相應(yīng)體系的臨界聚集濃度（CAC），表明體系粘度上升需要吸附一定量的膠束。另外，還發(fā)現(xiàn)，中和度較低的PAA—CnTAB復合溶液的η0對Csruf更敏感。溫度依賴性測試發(fā)現(xiàn)，氫鍵是影響PAA—CnTAB體系粘度變化的重要因素。 采用穩(wěn)態(tài)與動態(tài)流變測試方法，考察了C12TAB對不同濃度與取代度的NaCMC亞濃纏結(jié)溶液流變行為的影響。穩(wěn)態(tài)與動態(tài)測試的結(jié)果均表明，隨著csurf增高，NaCMC—C12TAB復合溶液的流

5、變學參數(shù)（η0、松弛時間（τ）、儲能模量（G'）），都分為三個階段（由η0—csurf，τ～csurf與G'～csur曲線得到的兩個臨界濃度分別為C1，C2；C1，C2與C1'，C2'）：當csurfC2（C2，C2'）時，η0，τ與G'隨csurf增加，上升的幅度下降。C

6、1（c1，C1'）值大于相應(yīng)體系的CAC，表明體系粘度上升需要一定量的膠束。C1，C2與相應(yīng)的C1'，C2'接近，而低于C1，C2，表明松弛時間與動態(tài)模量對體系的結(jié)構(gòu)變化更敏感。C1（c1，C1'）與C2（c2，C2'）隨著csurf的增加與取代度的降低而增加，表明NaCMC濃度越高，取代度越低，形成物理網(wǎng)絡(luò)所需的臨界膠束含量就越大，形成完善網(wǎng)絡(luò)所需的膠束越多。同時，對于NaCMC—C12TAB復合體系而言，隨著csurf的增高，G'～

7、應(yīng)變（γ）中出現(xiàn)增大的“Payne”效應(yīng)，G'與損耗模量（G"）對頻率（ω）關(guān)系曲線在低頻區(qū)域（終端區(qū)域）的斜率減小并逐漸偏離線性粘彈關(guān)系，表明體系內(nèi)物理網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)逐漸形成與完善。tanδ隨csurf增高而降低，表明復合體系的彈性對csurf更敏感。此外，Cox—Merz規(guī)則對NaCMC—C12TAB復合體系的適用性表明，分子間的長程相互作用隨csurf增高而變化。 動力學標度關(guān)系是研究聚合物流變學重要的理論工具，通過對PAA—C

8、nTAB與NaCMC—C12TAB復合體系的研究，我們發(fā)現(xiàn)，由于表面活性劑膠束吸附并“橋連”了多條聚電解質(zhì)分子鏈，抑制了聚電解質(zhì)分子鏈的運動，使得相反電荷聚電解質(zhì)亞濃溶液的粘度，松弛時間與模量上升，因此，我們從“StickyReptation模型”與聚電解質(zhì)標度關(guān)系出發(fā)，跟據(jù)不同表面活性劑濃度，劃分了幾個標度區(qū)間，推導出相反電荷表面活性劑在聚電解質(zhì)亞濃纏結(jié)溶液中的動力學標度關(guān)系，并給出了具體表達式。PAA—CnTAB與NaCMC—C12