表面活性劑與聚合物在油水和泡沫體系的加合增效機制

1、表面活性劑與聚合物在油水和泡沫體系的加合增效機制    表面活性劑復(fù)配體系及表面活性劑與聚合物復(fù)配體系在石油工程、日用化學(xué)、醫(yī)藥等方面的廣泛應(yīng)用使其成為研究熱點,研究表面活性復(fù)配增效機理及表面活性劑與聚合物間相互作用機制,對更好地指導(dǎo)實際應(yīng)用具有非常重要的意義。但目前大多數(shù)研究集中于體相性質(zhì),對復(fù)配體系在油水界面、氣液界面分子行為和性能的研究較少,尤其是研究手段的限制使分子水平的微觀信息極其匱乏。本論文采用耗散顆粒動力學(xué)(DPD)、分子動力學(xué)(MD)等分子模擬方法,與界面張力、界面流變、泡沫穩(wěn)定性等實驗方法結(jié)合,從微觀-介觀-表觀三個層次和不同角度探討了

2、表面活性劑復(fù)配體系在油水界面、氣液界面加合增效作用機理,考察了表面活性劑聚合物混合體系在油水界面分子排布和體相聚集行為,建立了油水界面、泡沫液膜上表面活性劑的加合增效機制,指導(dǎo)低張力泡沫體系的分子設(shè)計,并提出表面活性劑與聚合物的相互作用機制。本文主要分為三部分。第一部分(第三章)運用分子模擬方法考察了十二烷基磺基甜菜堿(DSB)、烷醇酰胺(6501)、-烯烴磺酸鈉(DAOS)、單硬脂酸甘油酯(GMS)等表面活性劑在油水界面的分子行為和性能；并首次以單頭單尾表面活性劑為模板,通過改變各分子基團(tuán)片段間的相互作用參數(shù)系統(tǒng)地分析了表面活性劑結(jié)構(gòu)對油水界面張力的影響；率先利用分子力場方法,通過考察溫度對

3、表面活性劑分子基團(tuán)片段不同基團(tuán)間的影響,來研究溫度對表面活性劑行為和性能的影響；采用DPD、MD分子模擬方法研究了鹽度對表面活性劑性能的影響；綜合前述研究結(jié)果,提出了耐溫抗鹽表面活性劑的分子設(shè)計方案。第二部分(包括第四章和第五章)采用分子模擬與實驗相結(jié)合,研究了DAOS6501、DSB6501和GMSPEG-100復(fù)配體系在油水界面和泡沫液膜上的分子行為。DPD研究結(jié)果表明,非離子表面活性劑以分子簇形式插入到陰離子或兩性離子表面活性劑所形成的界面層孔隙中,界面密度和界面效率同時提高,在油水界面協(xié)同吸附產(chǎn)生增效作用；MD研究表明,非離子表面活性劑和離子型表面活性劑由于極性基親水性的強弱差異在界面

4、層內(nèi)錯層吸附,增大界面分子密度,因此油水界面復(fù)配協(xié)同效應(yīng)得到加強,同時親水性不同的表面活性劑在泡沫液膜上氣液界面的錯層排布,使極性基結(jié)合的水分子被層層鎖住,極大地增強泡沫穩(wěn)定性；前述研究表明,利用表面活性劑復(fù)配是同時增強油水界面、泡沫活性的快速有效途徑；研究還表明,在含有陰離子或兩性離子表面活性劑的復(fù)配體系中,無機鹽離子增強其界面吸附趨勢,對復(fù)配體系的界面協(xié)同作用起到至關(guān)重要的作用。第三部分(第六章和第七章)利用表觀黏度、界面流變和透射電鏡技術(shù),結(jié)合分子模擬手段研究了聚丙烯酸Carbopol Ultrez 10 (PAA)、丙烯酸酯C1030烷基丙烯酸酯共聚物(Pemulen TR-1)兩種p

5、H敏感聚合物的性質(zhì),考察了不同pH下聚合物的體相黏度,通過分子模擬描述了各pH條件下聚合物鏈的分子內(nèi)和分子間聚集狀態(tài),研究了分子結(jié)構(gòu)和環(huán)境條件對聚合物體相聚集行為和水溶液粘度的影響；研究了疏水改性聚合物TR-1與非離子表面活性劑PEG-100的相互作用,研究結(jié)果表明疏水作用是驅(qū)動表面活性劑聚合物復(fù)合物在體相中共聚集的驅(qū)動力；TR-1分子含有疏水部和親水基團(tuán),因此可吸附于油水界面層,但PEG-100濃度足夠大的情況下,將取代TR-1占據(jù)界面層。本文采用實驗與模擬相結(jié)合的研究路線,在研究表面活性劑和聚合物分子構(gòu)效關(guān)系的基礎(chǔ)上,對表面活性劑復(fù)配體系及表面活性劑與聚合物混合體系的分子行為和性能進(jìn)行了系

6、統(tǒng)的理論研究,提出了表面活性劑在油水界面和泡沫液膜上的加合增效作用機制,并探索了表面活性劑與聚合物在體相和界面上的相互作用機制,對利用表面化學(xué)劑間及與聚合物的相互作用優(yōu)化性能提供重要的理論指導(dǎo),既具有理論意義,又有實用價值。本論文的主要創(chuàng)新點：1、首次利用DPD分子模擬方法,以單頭單尾表面活性劑為模板,通過系統(tǒng)改變各分子基團(tuán)片段間的相互作用參數(shù)分析表面活性劑結(jié)構(gòu)對油水界面張力的影響,建立表面活性劑的構(gòu)效關(guān)系；2、首次利用分子力場方法,通過考察溫度對表面活性劑分子基團(tuán)片段不同基團(tuán)間的影響,來研究溫度對表面活性劑行為和性能的影響,指導(dǎo)耐溫性表面活性劑的分子設(shè)計；3、首次結(jié)合分子動力學(xué)和耗散顆粒動力

7、學(xué)分子模擬方法,探討表面活性劑在油水界面的協(xié)同吸附規(guī)律,提出混合表面活性劑加合增效機制；4、采用分子動力學(xué)模擬方法,探索了無機鹽離子對表面活性劑界面吸附行為的影響,指出鹽度對復(fù)配體系界面協(xié)同作用的至關(guān)重要的作用和對體系性能的調(diào)制機制；5、運用介觀模擬手段得出TR-1、PAA及TR-1+PEG-100混合體系中聚合物鏈間及聚合物與表面活性劑間的共聚集行為特征,結(jié)合實驗手段,揭示表面活性劑與聚合物間的相互作用機理。同主題文章1.    Cynthia ,Challener. 表面活性劑步入多事之秋' J. 化工文摘. 2003.(04)&#

8、160;   2.    國外公司專利集錦' J. 化工文摘. 2001.(06)    3.    洗滌劑醇表面活性劑' J. 化工文摘. 2003.(06)    4.    農(nóng)用化學(xué)品' J. 化工文摘. 2001.(02)    5.    Sean

9、0;,Milmo. 一石激起千層浪歐盟清潔劑法案回響' J. 化工文摘. 2003.(04)    6.    葉萌,程四清,王又容. 表面活性劑在納米材料制備領(lǐng)域的研究概況' J. 化學(xué)工程師. 2010.(04)    7.    馬正先,張寧,閆平科,曹小婷. 溶液一步法制備氧化鋅納米棒' J. 礦產(chǎn)綜合利用. 2010.(01)    8.    王春明,秦振江. 表面活性劑在常溫?zé)o鎳鋅系磷化中的應(yīng)用研究' J. 上海涂料. 2010.(03)    9.    劉建容,劉之玲. 添加表面活性劑KP法蒸煮液的滲透性能研究' J. 四川理工學(xué)院學(xué)報(自然科學(xué)版). 2010.(01)    10.    黃統(tǒng)琳,田晨,劉以凡,劉明華. 表面活性劑對球形纖維素珠體得率的影響' J. 纖維素