水溶性高分子的物化性質(zhì)及其與羧酸鹽表面活性劑的相互作用.pdf

1、許多水溶性高分子因其具有生物相容性和環(huán)境友好性而成為當(dāng)今最受重視的材料之一，同時(shí)水溶性高分子與表面活性劑混合體系可以相互作用形成復(fù)合物，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)，所以水溶性高分子溶液及其與表面活性劑的混合體系在洗滌劑、涂料、化妝品、食物、醫(yī)藥、生物、紡織、感光材料、采礦以及油田開發(fā)等行業(yè)中已得到非常廣泛的應(yīng)用。因此，關(guān)于水溶性高分子的物化性質(zhì)及其與表面活性劑相互作用的研究是多年來人們一直十分感興趣的研究課題。

2、 近年來，很多課題組已經(jīng)采用各種手段對(duì)聚氧乙烯(PEO)、聚乙二醇(PEG)、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、聚丙烯酰胺(PAM)等水溶性高分子的物化性質(zhì)及其在溶液中與各種表面活性劑分子間的相互作用做了大量研究。本論文不僅通過表面張力、界面擴(kuò)張流變、體相流變、穩(wěn)態(tài)熒光和電鏡等技術(shù)研究了本實(shí)驗(yàn)室合成的具有星狀結(jié)構(gòu)的嵌段聚醚AP432的物理化學(xué)性質(zhì)及其與羧酸鹽表面活性劑油酸鈉(C17H33COONa)之間的相互作用，并與另一種非離子型水溶性聚合

3、物PVP與C17H33COONa之間的相互作用進(jìn)行了比較；而且，研究了陰離子型聚電解質(zhì)部分水解聚丙烯酰胺(HPAM)和C17H33COONa、硬脂酸鈉(C17H35COONa)之問的相互作用，討論了混合體系的濃度依賴性和抗溫抗鹽性。研究內(nèi)容共分為五部分： 論文的第一部分概述了水溶性高分子和表面活性劑的基本性質(zhì)和應(yīng)用，闡明了水溶性高分子和表面活性劑相互作用的重要意義。 論文的第二部分通過表面張力、熒光、光散射和透射電鏡(T

4、EM)等方法研究了本實(shí)驗(yàn)室合成的星狀嵌段聚醚.AP432的聚集行為，并對(duì)比研究了和線型嵌段聚醚I.64的聚集行為。結(jié)果表明，AP432降低水的表面張力的效率和效能都高于L64，且AP432在空氣/水界面上的飽和吸附量高于L64，而占據(jù)的分子最小截面積低于L64，說明AP432分子在空氣/水界面上的排列要比L64分子緊密。熒光光譜實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，星狀A(yù)P432的I1/I3值遠(yuǎn)低于線型L64，同時(shí)也證明了AP432膠束中的分子排列比L64要緊

5、密。TEM觀察表明，隨著AP432濃度增加，形成的膠束尺寸逐漸增大；而L64隨著濃度增加膠束尺寸幾乎不變，傾向于形成新的膠束。 論文的第三部分主要通過UV-vis-NIR吸收光譜、拉曼光譜、TEM和高分辨電鏡(HRTEM)電鏡等方法研究了星狀嵌段聚醚AP432和線型嵌段聚醚F127及L64分散碳納米管(CNTs)的能力，比較了它們之間由于分子結(jié)構(gòu)和分子量不同對(duì)CNTs分散能力的差異。結(jié)果表明，星狀聚醚AP432和線型聚醚F127

6、都具有分散碳納米管的能力，而和AP432具有相似EO％含量的另一種線型聚醚L64卻不能分散碳納米管。與F127相比，AP432在較低濃度下就表現(xiàn)出可觀的分散CNTs的能力，這是由于星狀的AP432分子比線型的F127分子能夠產(chǎn)生更高空間位阻效應(yīng)，同時(shí)由于AP432分子較F127具有較短的疏水鏈段，無法和多根碳管相互作用，所以它比線型F127分子更容易分散得到以單根狀態(tài)存在的CNTs。當(dāng)AP432和F127的濃度較高時(shí)，膠束的形成容易導(dǎo)致

7、碳管的聚沉，這一現(xiàn)象在CNTs/AP432分散體系中更為明顯，這是因?yàn)榕cF127相比，AP432具有較低的cmc值和較大的膠束尺寸。根據(jù)AP432和F127對(duì)碳納米管不同的分散效果進(jìn)一步驗(yàn)證了前人提出的聚醚分散碳納米管的機(jī)制：即聚醚的疏水鏈PO基團(tuán)與碳納米管之間通過疏水作用吸附在碳納米管的側(cè)壁上，而兩端親水的EO基團(tuán)伸展于水溶液中從而阻止碳納米管的相互聚集。論文的第四部分共分為兩小節(jié)。第一節(jié)主要通過表面張力、熒光、界面流變和TEM等方法

8、比較研究了星狀聚醚AP432和和L64與C17H33COONa之間的相互作用，分析了AP432和L64的分子結(jié)構(gòu)和分子量對(duì)相互作用的影響。結(jié)果表明，AP432和L64都能夠和C17H33COONa形成混合膠束，且在任意比例時(shí)混合體系的cmc和γcmc。都介于兩單一體系之間，TEM結(jié)果表明，在研究的濃度范圍內(nèi)AP432/C17H33COONa和L64/C17H33COONa復(fù)配體系都形成了球狀膠束。擴(kuò)張黏彈性研究表明，無論單一的AP432

9、、H64或C17H33COONa水溶液還是AP432/C17H33COONa、L64/C17H33COONa混合體系，擴(kuò)張模量均隨擴(kuò)張頻率的增加而升高，且隨嵌段聚醚濃度增加，體系的擴(kuò)張模量都出現(xiàn)一最大值。第二節(jié)主要利用表面張力和Langmuir槽技術(shù)考察了PVP和C17H33COONa混合溶液在空氣/水界面上的表面張力和擴(kuò)張粘彈性質(zhì)，并且研究了外加鹽NaCl和NaI對(duì)C17H33COONa與PVP之間相互作用的影響。結(jié)果表明PVP存在時(shí)

10、C17H33COONa溶液的表面張力等溫線出現(xiàn)兩個(gè)明顯的轉(zhuǎn)折點(diǎn)(T1和T2)，且隨著PVP濃度的增大，T1基本不變，而T2卻逐漸增大。少量的NaCl和NaI能使C17H33COONa的表面活性大大增加，且NaCl降低C17H33COONa溶液CMC的程度略大于NaI。另外，NaCl和NaI存在時(shí)能促進(jìn)C17H33COONa/PVP復(fù)合物的形成；且在NaCl存在時(shí)，同樣量的PVP能夠比在NaI存在時(shí)結(jié)合更多的C17H33COONa分子。論

11、文的第五部分也分為兩小節(jié)。第一節(jié)主要采用流變學(xué)方法研究了HPAM與C17H33COONa之間的相互作用，討論了C17H33COONa和HPAM的濃度對(duì)混合體系流變性質(zhì)的影響。結(jié)果表明，C17H33COONa濃度較低時(shí)HPAM/C17H33COONa混合體系的粘度出現(xiàn)一最大值，且隨著HPAM溶液濃度增加，體系粘度達(dá)到最大值時(shí)所需要的C17H33COONa濃度逐漸增加。含有高濃度C17H33COONa時(shí)HPAM溶液的表觀粘度隨著C17H33

12、COONa濃度增加呈單調(diào)下降的趨勢，說明HPAM體系的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)逐漸減弱，且高濃度的HPAM體系需要更多的C17H33COONa來破壞HPAM的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。第二節(jié)采用流變學(xué)方法研究了HPAM與C17H35COONa的相互作用，并考察了無機(jī)鹽CaCl2、溫度和pH值對(duì)HPAM/C17H35COONa混合體系流變行為的影響。結(jié)果表明，CaCl2的加入導(dǎo)致混合體系中HPAM分子極性基團(tuán)的水化層壓縮，大分子鏈塌陷，影響了HPAM和C17H35COO