表面活性劑/兩親共聚物二元體系水溶液性能研究

陳成++劉海燕

摘 要：本文以二甲基十八烷基烯丙基氯化銨（DAOAAC）、丙烯酰胺（AM）為原料，在氧化還原引發(fā)體系作用下，進行水溶液聚合反應(yīng)，得到兩親共聚物，通過粘度測試研究其與陽/非離子復(fù)合表面活性劑（CTMAB/OP10、SKC/TX40、SKC/Tween80）二元體系水溶液性能，如：流變性與表面活性劑濃度、礦化度、溫度、剪切速率的關(guān)系。實驗結(jié)果表明陽/非離子復(fù)合表面活性劑-兩親共聚物水溶液的抗溫、抗鹽、抗剪切性能均比其對應(yīng)的單一陽離子表面活性劑-兩親共聚物有較大提高，其中抗溫、抗鹽性能變化比較明顯。

關(guān)鍵詞：兩親共聚物 陽/非離子復(fù)合表面活性劑 流變性

中圖分類號：TQ 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）08（b）-0106-03

兩親聚合物水溶液具備較好的黏度和黏彈性，表面活性劑膠束可強烈地與兩親聚合物的疏水基團相互作用，導(dǎo)致聚合物鏈之間強締合作用，由此二者形成了空間締合網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，因而導(dǎo)致體系黏度增加[1]。水溶性聚合物和表面活性劑之間的相互作用力一般分為三種，即分子間力、靜電力和疏水相互作用力[2]。一般溫度升高，會加快聚合物分子鏈的運動，破壞鏈間締合的產(chǎn)生，二元體系內(nèi)原有的空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)被拆散，使得溶液黏度顯著降低[3]。無機鹽的加入，通常情況下能夠使聚合物和表面活性劑間的相互作用加強，二元體系更容易形成。許多研究結(jié)果表明，和中性聚合物發(fā)生作用時，中性聚合物與陽離子表面活性劑的相互作用比較弱是一個非常普遍的現(xiàn)象[4-6]。本實驗以一定比例的丙烯酰胺（AM）和功能性單體二甲基十八烷基烯丙基氯化銨（DAOAAC）為原料，在氧化還原引發(fā)體系作用下，進行水溶液聚合反應(yīng)，制得兩親聚合物，并對其結(jié)構(gòu)進行紅外表征。之后通過布氏粘度計研究兩親聚合物與陽/非離子復(fù)合表面活性劑（CTMAB/OP10、SKC/TX40、SKC/Tween80）二元體系水溶液性能，如：流變性與表面活性劑濃度、礦化度、溫度、剪切速率的關(guān)系，并對其乳化性能進行評價，從而得到最佳的復(fù)配方案。

1 實驗部分

1.1 實驗儀器與試劑

實驗儀器與試劑詳見表1和表2。

1.2 合成步驟

稱量一定比例的AM、DAOAAC倒入玻璃廣口瓶中，加入一定量的去離子水，配成25%的溶液，攪拌使之全部溶解；通入氮氣20min（以隔絕氧氣），然后依次加入引發(fā)劑，繼續(xù)通入10min氮氣，密閉絕熱聚合6h，取出聚合物膠體；將膠體剪碎后，加入一定量的固體顆粒NaOH，控制水解度30%，置于80℃～100℃條件下，4h后取出散涼；水解完成后，取出一部分膠體在45℃鼓風(fēng)干燥箱中進行鼓風(fēng)干燥8h，控制其水含量為10%左右，停止干燥。將固體顆粒粉碎篩分后，得到不加陽離子表面活性劑的空白固體樣品；將其余膠體等分若干份，接著配制一定濃度陽離子表面活性劑溶液，均勻噴灑在膠體上，在45℃干燥8h，將固體顆粒粉碎篩分后，得到復(fù)合物的固體樣品。

1.3 性能測試

利用紅外光譜剖析其化學(xué)結(jié)構(gòu)；利用布什粘度計測量水溶液粘度。

2 結(jié)果與討論

2.1 產(chǎn)物結(jié)構(gòu)的表征

圖1為加入SKC/TX40的復(fù)合物的紅外譜圖3435cm-1、1639.87cm-1為酰胺鍵的特征吸收峰，2943.7cm-1、2907.58cm-1為長鏈烷烴中-CH3與-CH2-的伸縮振動峰，1453.29cm-1、1399.12cm-1為長鏈烷烴中-CH3與-CH2-的彎曲振動峰，1112.47cm-1為伯胺的C-N伸縮振動峰，1242.63cm-1、1062cm-1為醚鍵—C—O—C—的特征吸收峰，968.77cm-1、844.64cm-1為苯環(huán)的C-H面內(nèi)（面外）彎曲振動吸收峰。

經(jīng)過以上對比說明表面活性劑已經(jīng)均勻附著在聚合物膠體上。

2.2 陽/非離子復(fù)合表面活性劑-兩親共聚物流變性能

制得不同配比的CTMAB/OP10、SKC/TX40、SKC/Tween80復(fù)合表面活性劑-兩親共聚物固體樣品，分別溶于4500mg/L的NaCl溶液中，濃度為1000mg/L，在45℃、儀器轉(zhuǎn)速為6RPM的條件下測試得到粘度數(shù)據(jù)。

從圖2中可以看出，SKC/Tween80、SKC/TX40、CTMAB/OP10配比分別為7∶3、1∶1、6∶4的復(fù)合表面活性劑與兩親聚合物鹽溶液粘度較高，為最佳配比。以下研究其粘度與溫度、鹽濃度等的關(guān)系。

2.2.1 粘度與溫度的關(guān)系

取一定量SKC/Tween80、SKC/TX40、CTMAB/OP10配比為7∶3、1∶1、6∶4的固體樣品，分別配成1000mg/L溶液，在儀器轉(zhuǎn)速為6RPM的條件下，通過恒溫水箱不斷地調(diào)節(jié)溫度，范圍從30℃升至80℃，每5℃測取一次粘度數(shù)據(jù)，得到了隨溫度變化的曲線圖，如圖3由測試結(jié)果可知，二元體系水溶液抗溫性能較兩親聚合物都有所提升。

2.2.2 粘度與鹽濃度的關(guān)系

取一定量SKC/Tween80、SKC/TX40、CTMAB/OP10配比為7∶3、1∶1、6∶4的固體樣品，分別配成1000mg/L溶液，體系內(nèi)無機鹽NaCl的濃度為2000mg/L、4500mg/L、7000mg/L、10000mg/L 、20000mg/L、30000mg/L、70000mg/L。45℃、儀器轉(zhuǎn)速為6RPM的條件下測試得到了隨鹽濃度變化的粘度數(shù)據(jù)，如圖4二元體系水溶液抗鹽性能較兩親聚合物都有所提升。

3 結(jié)論

經(jīng)過以上的測試分析，可以得出以下結(jié)論。

（1）CTMAB/OP10、SKC/TX40、SKC/Tween80復(fù)合表面活性劑-兩親共聚物水溶液的抗溫、抗鹽、抗剪切性能比兩親共聚物有較大提高，其中抗溫、抗鹽性能變化比較明顯。

（2）此次實驗中抗溫、抗鹽、抗剪切性能最好的復(fù)配方案：濃度為2%，SKC∶TX40為1∶1的陽離子表面活性劑-兩親聚合物。

參考文獻

[1] 徐玥，陸智斐，巫羚藝.表面活性劑概述及新應(yīng)用[J].中國科技博覽，2010（26）：320.

[2] 康萬利，徐斌，孟令偉，等.N-芐基-N-正丁基丙烯酰胺三元共聚物與SDS的相互作用[J].中國石油大學(xué)學(xué)報：自然科學(xué)版，2013，37（3）：157-160.

[3] 張巖，岳前聲，向興金.疏水締合型水溶性聚合物的合成性質(zhì)與應(yīng)用[J].鉆井液與完井液，2001，18（2）：44-47.

[4] Witte FM，Engberts JBFN.Micelle-polymer complexes： Aggregation numbers， micellar rate effects and factors determining the complexation process[J].Colloids Surf，1989，36（3）：417-426.

[5] Biggs S，Selb J，Candau F.Copolymers of AMIN-alkylacrylamide in aqueous solution： the efects of hydrolysis on hydrophobic interaction[J].Polymer，1993，34（3）：580-591.

[6] 徐強.水溶性聚合物、表面活性劑和鹽體系的溶液流變性質(zhì)[D].無錫：江南大學(xué)，2009.endprint