表面活性剂/聚合物超分子体系微观结构和相互作用研究

摘要

表面活性剂/聚合物复配体系在生物、化学、医药、采矿和石油工程以及日常生活中有着广泛应用，因此研究两者之间的相互作用，对更好地指导实际应用非常有意义。但是通常的理论研究多集中在中性聚合物与离子型表面活性剂体系以及带有相反电荷的聚合物/表面活性剂体系。在实际应用中，同种电性的聚合物/表面活性剂体系普遍存在，而理论研究教少。本论文利用光散射、分子模拟、动态表面张力等方法研究了几种同种电性的聚合物/表面活性剂体系在体相及气/液界面的相互作用。 本论文主要分为两部分。第一部分分别研究了表面活性剂十二烷基硫酸钠(SDS)超低浓度水溶液的性质和部分水解阴离子型聚丙烯酰胺(HPAM)稀水溶液中聚合物分子链的构象；第二部分利用多种手段研究探索了部分水解阴离子型聚丙烯酰胺(HPAM)分别与十二烷基聚氧乙烯硫酸钠(AES)、a-烯烃磺酸钠(AOS)之间的相互作用，获得了一些创新性的结果，有助于我们更深入地了解表面活性剂与聚合物之间的相互作用，对两者共存体系的进一步研究和应用具有重要的指导意义。另外初步研究了羧甲基纤维素钠(CMC)与十二烷基硫酸钠(SDS)的相互作用。 在第一部分，本论文采用普通荧光光度计，利用其光路特点，采用发光数据模型，固定发射波长，扫描样品的激发光谱得到光散射数掘。利用此方法研究了SDS超低浓度水溶液的光散射数掘，发现在其临界聚集浓度之前光散射强度的异常增高，结合其他试验数据，我们认为在表面活性剂分子形成胶束之前，由于表面活性剂分子特殊的结构特点，分子缔合形成大的不稳定的聚集体，当表面活性剂的浓度增加到一定程度，大的聚集体分离形成胶束。 采用冷冻蚀刻透射显微镜技术和原子力显微镜技术，结合分子模拟手段研究了pH值对HPAM在水溶液中分子构象的影响。HPAM分子结构对pH值比较敏感，在不同pH值下，HPAM分子链上的电荷密度不同导致分子链的构象发生变化。实验结果表明：HPAM的分子链在pH值5.3-5.7的范围内最为团聚，超过此范围，由于聚合物链上电荷密度的增加导致HPAM分子伸展。 第二部分实验结果表明，对于部分水解阴离子型聚丙烯酰胺(HPAM)与十二烷基聚氧乙烯硫酸钠(AES)体系，不同于“结合理论”，与聚合物诱导胶束化机制也有所区别，在临界胶束浓度(cmc)之前，AES分子因氢键作用在HPAM分子链附近聚集，当AES浓度超过cmc，由于静电斥力，表面活性剂离开聚合物分子长链，聚集形成胶束，只有少量仍在聚合物链附近以氢键形式存在：对于部分水解阴离子型聚丙烯酰胺(HPAM)与α一烯烃磺酸钠(AOS)体系，当AOS的浓度不大的时候，两者之间的库仑斥力与随机的离子．偶极作用相比，后者占主导，表面活性剂分子在聚合物长链附近聚集。继续增加AOS的浓度，AOS在聚合物长链附近形成预胶束。随着AOS在与聚合物长链附近聚集量的增加，库仑排斥力增强，两者开始脱离，AOS自聚集成胶团。对于羧甲基纤维素钠(CMC)与十二烷基硫酸钠(SDS)体系，通过表面张力、粘度等手段，从两者混合溶液所表现出来的性质变化，初步断定CMC与SDS 之间有弱的相互作用，SDS分子在CMC链周围胶束化，关于此认识尚缺少直观的佐证，需要做进一步的分析研究。 本论文的创新之处： 1．利用普通荧光分光光度计得到了表面活性剂稀水溶液的光散射性质，较传统的光散射手段更简便，对进一步了解表面活性剂在水溶液中的性质和行为大有帮助。 2．理论方法与实验手段相结合，采用冷冻蚀刻技术和分子模拟手段研究HPAM分子构象的转变，使我们更深入地了解聚合物构象变化与性能之间的关系。 3．将研究重点集中在带有同种电性的聚合物一表面活性剂体系，利用分子模拟等手段从分子水平上深刻揭示两者之间的相互作用，对指导实践具有重要的指导意义。

目录

文摘

英文文摘

第一章前言

第二章光散射方法研究表面活性剂水溶液

第三章部分水解的阴离子型聚丙烯酰胺(HPAM)水溶液性质研究

第四章部分水解阴离子型聚丙烯酰胺(HPAM)与阴离子型表面活性剂的相互作用研究

第五章羧甲基纤维素钠(CMC)与十二烷基硫酸钠(SDS)的相互作用研究

参考文献：

致谢

攻读硕士期间发表的论文