不同中和度聚丙烯酸水溶液及其與帶相反電荷表面活性劑溶液共混體系粘度行為研究.pdf

1、在稀溶液(良溶劑)中，高分子鏈以孤立的單鏈溶脹線團(tuán)存在。從局部上看，單鏈高分子鏈段密度分布是不均勻的，中心部位密度較大，向外密度逐漸減小，徑向分布偏離高斯分布；從整體上看，溶液的一部分體積被溶脹了的高分子線團(tuán)占據(jù)，一部分被溶劑分子占據(jù)，高分子鏈段密度的空間分布也是非常不均勻的。隨著濃度的增加，高分子線團(tuán)將會(huì)相互靠近堆積在一起，對(duì)應(yīng)的濃度被de-Gennes稱之為接觸濃度C<'*>，接觸濃度是高分子稀溶液和亞濃溶液之間的分界濃度。錢人元認(rèn)

2、為高分子線團(tuán)在相互靠近的過程中會(huì)感受到來自其它高分子線團(tuán)的排斥作用，導(dǎo)致高分子線團(tuán)產(chǎn)生收縮，對(duì)應(yīng)的濃度稱之為動(dòng)態(tài)接觸濃度C<,s>。Dondos等根據(jù)增比比濃粘度出現(xiàn)的轉(zhuǎn)折定義了另一個(gè)臨界濃度C<'**>。程镕時(shí)提出以C<,S>作為極稀高分子溶液和高分子稀溶液之間的分界濃度。在用動(dòng)力學(xué)方法如粘度測(cè)定法確定高分子溶液的分界濃度時(shí)，除了需要考慮高分子鏈之間的熱力學(xué)相互作用(良溶劑中表現(xiàn)為強(qiáng)烈的體積排斥作用)以外，還要考慮到高分子鏈之間的流體

3、力學(xué)相互作用，熱力學(xué)相互作用和流體力學(xué)相互作用各自對(duì)應(yīng)的空間尺度或者說是濃度范圍是否一致是本文需要探討的主要問題之一。 表面活性劑與高分子之間、特別是離子型表面活性劑與帶相反電荷高分子之間的相互作用可以顯著和受控地改變其溶液性質(zhì)，因此表面活性劑與高分子復(fù)合體系在石油開采、洗滌劑工業(yè)、醫(yī)藥衛(wèi)生、乳液聚合、食品加工和涂料等領(lǐng)域有著非常廣泛的應(yīng)用。離子型表面活性劑與帶相反電荷高分子鏈之間強(qiáng)烈的庫侖相互作用，將會(huì)促使表面活性劑在高分子鏈

4、上產(chǎn)生聚集，導(dǎo)致聚電解質(zhì)溶液中表面活性劑分子的臨界聚集濃度cac要遠(yuǎn)小于表面活性劑在純水溶液中的臨界膠束濃度cmc，與此同時(shí)，在高分子鏈上聚集形成的膠束或微膠束又可以修飾和改變?nèi)芤褐懈叻肿渔湹臉?gòu)象，特別是對(duì)柔性的高分子來說。利用粘度法研究高分子與表面活性劑之間相互作用的時(shí)候，需要考慮到高分子內(nèi)和高分子間相互作用對(duì)粘度的影響是完全相反的。如何有效壓制高分子間相互作用并且在此基礎(chǔ)之上研究高分子鏈電荷密度對(duì)高分子與帶相反電荷表面活性劑之間相互

5、作用的影響是本文需要探討的另外一個(gè)主要問題。本文利用毛細(xì)管粘度法測(cè)定了極低濃度區(qū)聚丙烯酸水溶液的粘度行為，發(fā)現(xiàn)極低濃度區(qū)聚丙烯酸水溶液比濃粘度保持恒定，不隨濃度改變而發(fā)生變化。這是由于在極稀溶液中，高分子線團(tuán)距離很遠(yuǎn)，線團(tuán)與線團(tuán)間不存在任何相互作用力，彼此之間毫無“感應(yīng)”。結(jié)合Huggins方程，即方程中特性粘數(shù)的二次方項(xiàng)系數(shù)為零，比濃粘度不受濃度變化影響。直到高分子線團(tuán)間距離縮短到流體力學(xué)相互作用有效距離以內(nèi)時(shí)，溶液比濃粘度對(duì)濃度作圖

6、曲線才開始上升。其次，隨濃度逐漸提高，高分子溶液比濃粘度對(duì)濃度作圖的斜率存在變化。這是由于高分子線團(tuán)間距離達(dá)到熱力學(xué)相互作用有效距離，在熱力學(xué)相互作用下，線團(tuán)擴(kuò)張的趨勢(shì)被抑制，曲線斜率因此減小。這種現(xiàn)象證實(shí)了動(dòng)態(tài)接觸濃度Cs與C<'**>在本質(zhì)上是相同的。同時(shí)，由于我們?cè)趯?shí)驗(yàn)中對(duì)毛細(xì)管粘度測(cè)定法進(jìn)行了矯正，使得t<,0>、t<,0>’和t<,0><'*>基本一致，消除了實(shí)驗(yàn)方法對(duì)粘度測(cè)定的影響，最終首次用物理實(shí)驗(yàn)的方法證實(shí)了C<,h>(

7、流體力學(xué)作用濃度)的存在，同時(shí)也說明流體力學(xué)相互作用的有效距離要大于熱力學(xué)相互作用的有效距離。 本文利用聚丙烯酸(PAA)和聚丙烯酸鈉(NaPAA)的水溶液作為溶劑，測(cè)定了不同濃度十六烷基三甲基溴化銨(CTAB)在高分子溶劑中的相對(duì)粘度η<,r>，結(jié)果表明：對(duì)PAA溶液來說，隨著CTAB濃度的增加，其η<,r>經(jīng)歷了迅速下降、保持恒定和迅速上升直到溶液中出現(xiàn)沉淀的過程；對(duì)NaPAA溶液來說，隨著CTAB濃度的增加，其η<,r>雖