表面活性剂与聚合物之间的相互作用及其对中相微乳液影响的研究

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表面活性剂与聚合物的混合体系在许多工业领域中都有十分广泛的应用,比如,污水处理,石油开采等。因此,研究表面活性剂与水溶性聚合物体系相互作用具有十分重要的理论和实际意义。另外,由表面活性剂和油形成的微乳液尤其是中相微乳液具有热力学稳定,宏光均匀透明,超低界面张力等特性,使得微乳技术在许多领域(医用,农用等),尤其在三次采油方面日益受到重视。考虑到表面活性剂和聚合物相互作用所表现出的特殊性质,我们希望了解这种相互作用对由表面活性剂和油形成的中相微乳液有什么样的影响。本论文的主要研究内容和结果如下: (1) 界面张力法研究了阳离子表面活性剂DTAB和聚合物PAM/HMPAM的混合体系与正庚烷之间的界面张力。结果表明,在没有加聚合物的情况下,界面张力值在DTAB的CMC处发生转折;加入PAM后,DTAB与PAM的混合体系与正庚烷之间的界面张力急剧降低,并且在略高于DTAB的CMC附近发生转折,在DTAB浓度高于CMC后,界面张力开始上升;加了HMPAM后,DTAB与HMPAM混合体系与正庚烷之间的界面张力虽然较没有加聚合物的体系有所降低,但没有加了PAM体系的界面张力降低的多,且其转折点发生在DTAB的CMC附近,转折点后,界面张力也没有发生增加,而是保持不变。这说明阳离子表面活性剂DTAB与未疏水改性聚合物PAM之间发生了强烈的相互作用。 (2) 研究了Gemini和PAM/HMPAM的混合溶液与正庚烷之间的界面张力以及界面张力的动力学情况。实验现象很特殊,在没有加聚合物的情况下,Gemini和正庚烷的界面张力在CMC前出现了最低点。而且加了HMPAM后,Gemini与正庚烷之间的界面张力在最后到达平衡的时间非常长。出现这些现象的原因还又待进一步研究。 (3) 荧光法测定了DTAB和PAM/HMPAM混合体系的微环境情况。结果表明,在DTAB的CMC附近,由芘探测到的微环境发生了较大的变化;加了PAM或HMPAM后,微环境有所降低,但随DTAB浓度变化较小,说明芘存在于聚合物的附近。 (4) 研究了NaCl/SDS/H2O/1-heptane/1-pentanol体系在没有加聚合物,加了PAM和HMPAM,通过改变盐浓度形成中相微乳液的相边界情况。实验结果表明,在加了HMPAM后,形成中相微乳液的盐浓度大大的扩宽,而加哈尔滨工程大学硕士学位论文了队M后,基本没有很大变化。这说明HM以M和SDS之间发生了相互作用,其作用后的聚集体呈现的象“虫”一样的形态有助于中相微乳液的形成,使其在较低的盐浓度下就可以形成中相微乳液。另外,加了HMPAM的中相微乳液的体积明显的较没有加聚合物和加了队M体系的中相微乳液的相体积少。 (5)测定了中相微乳液和上、下两个相态之间的界面张力。结果表明,两个界面张力都为超低界面张力。且加了HM队M的微乳液,其上、下两个界面张力值比没有加聚合物和加了PAM的微乳液的上、下两个界面张力要高。这主要是因为,HMPAM具有强疏水基,而正戊醇恰好具有疏水性,所以导致了形成中相微乳液的界面膜中的正戊醇有一部分离开界面膜,开始溶于HMPAM中(醇能减少离子型表面活性剂离子胶束之间的相互排斥力,有助于形成一个致密的柔和的吸附层,这个层的存在能够有效地降低界面张力)。 (6)使用荧光技术测定了三种不同体系的微环境情况。结果表明,所以的I:几差别很小,这说明,中相微乳液形成了一个比较固定的微环境,HM队M和队M的加入并没有改变其内部的微环境。 (7)使用时间分辨荧光技术测定了中相微乳液的聚集数情况。虽然中相微乳液体系组成比较复杂,无法确定一个准确的CMC来计算聚集数Nagg,但是所有的结果误差是一样的,其所提供的信息也对实验有所帮助。结果表明,所有体系的聚集数都非常的大,这主要是由于盐、醇的加入。另外,加了HM队M体系的聚集数要比没有加聚合物和加了队M体系的聚集数小得多。这主要是因为聚集数的大小与表面活性剂和聚合物相互作用的强度有关,尤其是当有疏水改性的聚合物存在的情况下。HMPAM有一个很强的疏水基,有力的“缠绕”在表面活性剂胶束上。SDS和HMPAM之间强烈的疏水相互作用使得聚集数明显减小。而因为胶束和PAM之间较弱的相互作用,使得含有PAM的中相微乳液的聚集数要比加了HMPAM的小得多。这与前面的加了HMPAM后中相微乳液的相体积减小相一致。聚集数减小使得增溶的油量和水量减小。因此,中相体积减小,而油相和水相体积增加。关键词:表面活性剂;聚合物;微乳液:界面张力;荧光犷
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