目前已成為化學,化工,石油,醫(yī)學,材料,生命科學等相互交叉研究的對象。高分子表面活性與低分子表面活性劑相比,高分子表面活性劑具有成膜性好，溶液粘度高等優(yōu)點,是一類在石油開采和涂料工業(yè)中有著巨大應用前景的聚合物材料,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。如聚乙烯醇的表面張力為50mN/m(1.0%,25℃);聚氧化乙烯氧化、丙烯嵌段共聚物表面活性可達33.1mN/m,如何合成高表面活性的兩親性聚合物,成為近年來表面活性劑的主要研究課題之一。
1、實驗儀器與藥品
實驗所用的藥品及儀器如下: 超級恒溫水浴;烏氏粘度計(管徑r=0.47mm);表面張力儀;旋滴界面張力儀;密度儀;丙烯酰胺;丙烯酸;甲基丙烯酸甲酯;NaOH;SDS。
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干燥箱中于70℃溫度下加熱反應一定時間后,即得到乳白色粘稠狀的粗產(chǎn)品,采用無水乙醇反復提純后,將產(chǎn)品放入電子鼓風干燥箱中烘干,碾成粉末,置于干燥器中備用。
3 產(chǎn)品的性能測定
3.1 特性粘數(shù)的測定
本文用間接法測定了合成產(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,用烏氏粘度計測定,實驗溫度為30℃,烏氏粘度計的毛細孔徑r=0.47mm,得聚合物濃度c與特性粘數(shù)ηsp的關系曲線。
3.2 表面張力和界面張力
3.2.1　無機鹽堿對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,兩種或兩種以上的表面活性劑復配,能起到協(xié)同增效作用,互相彌補各自性能上的缺陷,派生出新的性能。在表面活性劑溶液中加入某些無機鹽、有機化合物(如醇類、高分子化合物等),也會產(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機鹽、堿之后表面張力變化的實驗。,NaCl與該高分子表面活性劑復配,對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方面:一方面,該高分子表面活性劑中含有陰離子,無機鹽電離產(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，堿則對該高分子活性劑的表面張力幾乎無影響。
3.2.2界面張力的測定
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得五種溶液的油/水界面張力見表3(實驗用油為大慶原油)。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，可見合成產(chǎn)品自身降低油/水界面張力的能力不強，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，眾多研究結果證實:常見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 無機鹽對PS-1溶液粘度的影響
將PS-1溶液與分子量≥300萬,水解度為30%的PHPAM溶液加以對比研究,PS-1溶液粘度隨鹽濃度變化趨勢與PHPAM溶液粘度變化趨勢較為類似，相同濃度下,不加NaCl時,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。
實驗結論
低分子表面活性劑表面張力強于高分子表面活性劑降低表面張力，而且無機鹽和高分子表面活性劑復配,發(fā)生協(xié)同效應后,會產(chǎn)生出優(yōu)于單一表面活性劑的復配性能,使表面張力降得更低。