與低分子表面活性劑相比,高分子表面活性劑具有溶液粘度高,成膜性好的優(yōu)點(diǎn),是一類在石油開(kāi)采和涂料工業(yè)中有著巨大應(yīng)用前景的聚合物材料,目前已成為化學(xué),化工,石油,醫(yī)學(xué),材料,生命科學(xué)等相互交叉研究的對(duì)象｡但高分子表面活性劑降低表面張力的能力不如低分子表面活性劑,且表面活性隨著分子量提高急劇下降｡常用的高分子表面活性劑,如聚乙烯醇的表面張力為50mN/m(1.0%,25℃);已工業(yè)化的聚氧化乙烯 氧化丙烯嵌段共聚物表面活性最佳可達(dá)33.1mN/m,但其分子量?jī)H8.1×103｡獲得高分子量､高表面活性的兩親性聚合物,成為近年來(lái)表面活性劑的主要研究課題之一｡本文采用均相聚合法合成了一種新型高分子表面活性劑,并對(duì)其特性粘數(shù)､表面張力､界面張力等性能進(jìn)行了研究｡
1 藥品與儀器
實(shí)驗(yàn)所用的藥品及儀器如下: 超級(jí)恒溫水浴(成都醫(yī)療器械二廠);烏氏粘度計(jì)(管徑r=0.47mm);表面張力儀(河北承德儀器廠);Model-500型旋滴界面張力儀(美國(guó));密度儀(德國(guó));Brookfield Digital Viscometer(美國(guó));Waring Blender儀(美國(guó)); 丙烯酰胺(分析純,重慶北碚化學(xué)試劑廠);丙烯酸(分析純,重慶北碚化學(xué)試劑廠);甲基丙烯酸甲酯(分析純,重慶北碚化學(xué)試劑廠);NaOH(分析純,重慶北碚化學(xué)試劑廠);SDS(化學(xué)純,上海化學(xué)試劑站中心化工廠)｡
2 高分子表面活性劑的合成
采用均相聚合工藝合成PS-1高分子表面活性劑｡在250ml廣口瓶中加入一定量的水,分別取一定量的丙烯酰胺､丙烯酸､氫氧化鈉先后溶于水中配成溶液;在燒杯中加入定量乙醇,再用移液管量取一定量的甲基丙烯酸甲酯溶于乙醇中;將甲基丙烯酸甲酯的乙醇溶液倒入廣口瓶中;取定量過(guò)硫酸銨,加入定量水中,配成引發(fā)劑溶液;將引發(fā)劑溶液加到廣口瓶中,攪拌均勻;將廣口瓶置于電子鼓風(fēng)干燥箱中于70℃溫度下加熱反應(yīng)一定時(shí)間后,即得到乳白色粘稠狀的粗產(chǎn)品,采用無(wú)水乙醇反復(fù)提純后,將產(chǎn)品放入電子鼓風(fēng)干燥箱中烘干,碾成粉末,置于干燥器中備用｡
3 產(chǎn)品的性能測(cè)定
3.1 特性粘數(shù)的測(cè)定
本文用間接法測(cè)定了合成產(chǎn)物的特性粘數(shù)｡將產(chǎn)品分別配制成0.1%､0.2%､0.3%､0.4%､0.5%(質(zhì)量百分比濃度)5種濃度的1mol/l的NaCl水溶液,用烏氏粘度計(jì)測(cè)定,實(shí)驗(yàn)溫度為30℃,烏氏粘度計(jì)的毛細(xì)孔徑r=0.47mm,得聚合物濃度c與特性粘數(shù)ηsp的關(guān)系曲線,結(jié)果如圖1｡ 從圖1可知,c→0時(shí),ηsp≈0.637l/g,即臨界特性粘數(shù)[η]=0.637l/g｡
3.2 表面張力和界面張力
3.2.1表面張力的測(cè)定
采用界面張力儀測(cè)定溶液的表面張力,得聚合物濃度c與溶液表面張力的關(guān)系曲線,見(jiàn)圖2｡加入合成的高分子表面活性劑后,溶液的表面張力明顯下降,下降幅度雖比低分子表面活性劑小,但也比較明顯;表面活性劑濃度達(dá)到0.3%后,水溶液表面張力變化不大,趨于平穩(wěn)｡這一過(guò)程的變化趨勢(shì)與低分子表面活性劑類似,但也顯示出其降低表面張力能力不如后者｡
3.2.2 無(wú)機(jī)鹽堿對(duì)高分子表面活性劑降低表面張力的影響
我們知道,由于協(xié)同效應(yīng),兩種或兩種以上的表面活性劑復(fù)配,能起到協(xié)同增效作用,互相彌補(bǔ)各自性能上的缺陷,派生出新的性能。在表面活性劑溶液中加入某些無(wú)機(jī)鹽、有機(jī)化合物(如醇類、高分子化合物等),也會(huì)產(chǎn)生出優(yōu)于單一表面活性劑溶液的特性。為此做了高分子表面活性劑溶液中加入無(wú)機(jī)鹽、堿之后表面張力變化的實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表1、表2。
由上表可見(jiàn),NaCl與該高分子表面活性劑復(fù)配,對(duì)其降低表面張力的能力有一定的改善｡究其原因可能有以下兩個(gè)方面:一方面,該高分子表面活性劑中含有陰離子,無(wú)機(jī)鹽電離產(chǎn)生的Na+離子與其相互作用,壓縮了表面活性劑離子頭的離子霧厚度,減弱了陰離子之間的靜電斥力,使其更容易在表面產(chǎn)生吸附,從而降低表面張力;另一方面,高分子表面活性劑也因此易于產(chǎn)生聚集,形成膠束｡堿則對(duì)該高分子活性劑的表面張力幾乎無(wú)影響｡
3.2.3 界面張力的測(cè)定
分別配制1000mg/l､2000mg/l､3000mg/l､4000mg/l､5000mg/l五種濃度的樣品溶液,用旋滴界面張力儀測(cè)得五種溶液的油/水界面張力見(jiàn)表3(實(shí)驗(yàn)用油為大慶原油)｡
隨溶液濃度增高,溶液油/水界面張力不斷減小,但減小的幅度不大｡可見(jiàn)合成產(chǎn)品自身降低油/水界面張力的能力不強(qiáng)｡ 高分子表面活性劑在溶液中是以一種松散纏繞的方式排列,而低分子表面活性劑在溶液表面形成規(guī)則的定向排列,因而可能導(dǎo)致高分子表面活性劑的表面活性不及低分子表面活性劑｡眾多研究結(jié)果證實(shí):常見(jiàn)的兩嵌段或三嵌段共聚物親水､親油鏈段皆位于共聚物的主鏈上,隨分子量增大,大分子鏈易于卷曲,形成單分子膠束或多分子膠束,從而失去表面活性｡
3.3 無(wú)機(jī)鹽對(duì)PS-1溶液粘度的影響
將PS-1溶液與分子量≥300萬(wàn),水解度為30%的PHPAM溶液加以對(duì)比研究,結(jié)果見(jiàn)表4
從表4可知,PS-1溶液粘度隨鹽濃度變化趨勢(shì)與PHPAM溶液粘度變化趨勢(shì)較為類似｡相同濃度下,不加NaCl時(shí),PS-1溶液的粘度小于PHPAM溶液粘度;在PS-1溶液中剛加入少量NaCl后,粘度變化不及PHPAM溶液粘度變化明顯;隨著NaCl的加量不斷增大,兩種溶液的粘度變化趨于一致｡
4 結(jié) 論
高分子表面活性劑降低表面張力的能力不及低分子表面活性劑｡高分子表面活性劑與無(wú)機(jī)鹽復(fù)配,由于協(xié)同效應(yīng),會(huì)產(chǎn)生出優(yōu)于單一表面活性劑的復(fù)配性能,使表面張力降得更低｡
