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(kāi)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(lái)人們一直十分感興趣的研究課題。

2、 近年來(lái)，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(guò)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(wèn)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?jī)?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(guò)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(shuō)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(guò)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(wú)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(guò)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(guò)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(wú)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(shì)，說(shuō)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(lái)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(wú)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