盐和表面活性剂共存条件下甲基纤维素溶液凝胶化行为研究

摘要

取代度为1.4～2.0的甲基纤维素水溶液具有典型的热凝胶特性：在低温条件下，甲基纤维素完全溶解于水中，形成均一透明的水溶液；当温度升高到一定程度时，透明的溶液开始出现乳白色，继而乳白色加重，粘度突然增加，最后整个体系失去流动性。如果体系冷却，粘度又开始下降，乳白色渐渐褪去，直至恢复为透明溶液。这种独特的凝胶特性，使甲基纤维素作为一种交联剂和增稠剂，在制药、食品、化妆品、陶瓷加工和涂料等方面得到了极其广泛的运用。大量研究结果表明，盐或表面活性剂的存在会对甲基纤维素溶液的sol-gel转变产生影响。然而，据我们所知，两者同时存在对甲基纤维素的sol-gel转变的影响迄今为止还无人研究。
　　 本文采用流变法，首先研究了NaCl和HTAB共存对MC水溶液的sol-gel转变的影响，随后又进一步研究了不同的盐对MC-DTAB复合体系的sol-gel转变的影响，主要得到以下几点结果：⑴当溶液中NaCl和HTAB同时存在时，它们对MC水溶液的sol-gel转变表现出与混合盐完全不同的效应。如果HTAB浓度保持不变，MC水溶液的sol-gel转变随着NaCl浓度的增加向低温方向移动线性移动，但是其值低于NaCl或HTAB独立存在时的温度的线性加和；另一方面，当溶液中的NaCl浓度≥1wt％时，MC水溶液的sol-gel转变温度几乎保持不变，并不随HTAB的浓度的增加而发生变化。在上述实验结果的基础上，我们对HTAB单独存在以及NaCl和HTAB共存对MC水溶液sol-gel转变的影响机制进行了分析。向MC水溶液中滴加HTAB时，HTAB分子通过与MC链上的甲基基团之间的疏水相互作用聚集在其周围形成类胶束的聚集体要比其在水中形成自由的HTAB胶束时自由能降低的更多，因此加入的HTAB分子首先会在甲基基团周围形成聚集体，将其包裹在疏水内核中，从而导致MC水溶液的sol-gel转变向高温方向移动。此时溶液中游离的HTAB分子的浓度小于其CMC，因此无法在溶液中形成自由的HTAB胶束。当溶液中同时有NaCl存在时，其电离的Cl-离子屏蔽了HTAB头部带电基团之间的静电排斥作用，因而使得HTAB分子形成球状胶束比通过与MC链上的甲基基团之间的疏水相互作用聚集在其周围形成类胶束的聚集体时自由能降低的更多。此时加入的HTAB分子首先在溶液中形成自由的HTAB球状胶束，而不是通过与MC链上的甲基基团之间的疏水相互作用聚集在其周围形成类胶束的聚集体。因此，MC水溶液的sol-gel转变在一定的NaCl存在时不随着HTAB浓度的增加而发生变化。低浓度NaCl存在下MC的sol-gel转变随HTAB浓度变化的实验结果进一步证实了上述影响机制的正确性。⑵当MC-DTAB的复合溶液中存在NaCl 或NaBr 时，MC的sol-gel 转变温度随着DTAB 浓度的增加逐渐升高，但是NaBr 存在时温度的上升幅度较小。然而当溶液中存在着NaI 或NaSal 时，MC 溶液的sol-gel 转变温度保持不变，不随着DTAB 浓度的增加发生变化。NaCl 或NaBr 对DTAB分子头部带电基团之间的静电排斥作用的屏蔽较弱，DTAB分子在水相中形成自由的球状胶束时的自由能要高于其在MC周围形成聚集体的自由能。在这种情况下，新加入的DTAB分子仍倾向于继续吸附在MC链周围形成更大的聚集体，MC的sol-gel 转变温度因此升高。NaI 或NaSal的静电屏蔽能力很强，导致DTAB分子在水相中形成自由的球状胶束时的自由能要低于其在MC周围形成聚集体的自由能。也就是说，NaI和NaSal的存在会诱导DTAB分子在溶液中形成自由的球状胶束，而不是吸附在MC 链上。此外，NaSal还可以与DTAB 形成混合胶束，进一步诱导其在水相中的分布。因此，MC的sol-gel 转变不随着DTAB 浓度的增加发生变化。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章 绪论

第二章 聚合物体系sol-gel 转变研究方法

结 论

致 谢

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