两性聚合物与阴离子表面活性剂的相互作用

两性聚合物与阴离子表面活性剂的相互作用

【摘要】制备了一种两性聚合物，利用粘度法、界面张力法研究了两性聚合物与阴离子表面活性剂在溶液中的相互作用。实验结果表明：随着表面活性剂的增加，聚合物溶液粘度先增加、再降低；同时，聚合物对阴离子表面活性剂的界面性能也有较大影响，聚合物的加入使表面活性剂降低油/水界面张力的能力增大，油/水界面张力达到平衡所需时间缩短。

【关键词】两性聚合物阴离子表面活性剂粘度界面张力

1 引言

水溶性两性聚合物（water-soluble amphoteric polymers）是分子链上含有正负两种电荷的水溶性高分子。普通聚合物溶液通常随着矿化度的增加，其粘度明显下降。与仅含有一种电荷的阳离子型或阴离子型聚合物相比，两性离子型聚合物的性能更为独特。在盐溶液中，其粘度非但不降低，反而增高，与常见聚合物是不同的。因为正负电荷基团同时存在于两性聚合物中，并且正负电荷基团的数目相等，形成的两性离子聚合物呈电中性，所以这类聚合物表现出反聚电解质溶液行为。普通的聚合物分子结构中只有一种电荷，分子间的作用力为静电排斥力。在水溶液中，这种静电排斥作用使分子链形态较为舒展，因此表现出流体力学体积大，导致聚合物粘度大；在盐溶液中，盐所电离出的离子使分子基团间沿聚合物分子链的静电排斥力作用减弱，结果是聚合物分子链蜷曲，宏观上表现出粘度明显下降，这就是一般聚合物的聚电解质效应。近年来，季铵盐阳离子和磺酸盐阴离子聚合物倍受关注。学者们希望在医药、水处理、纺织、湍流减阻、油田开采、胶体保护等方面能很好的应用两性聚合物。有研究表明，此类聚合物在油田钻井液的研究中有着广泛的应用。

2 实验部分

该聚合物反应为三元共聚反应，羧酸基甜菜碱单体、丙烯酰胺和实验室自制的疏水单体共聚反应。羧酸基甜菜碱单体和疏水单体实验室已经制好，因此本文只需要原理中的第三步，及聚合物的合成。该实验中采用共聚法来合成两性聚合物，引发剂为过硫酸铵和亚硫酸氢钠氧化还原体系。合成步骤为：在广口瓶中按投料比依次加入AM、羧酸基甜菜碱单体及疏水单体，以蒸馏水为溶剂，磁力搅拌使其完全溶解。然后通入氮气除去广口瓶中液体上部的氧气。除完氧气后，加入引发剂，继续搅拌，广口瓶中溶液开始变粘，说明引发了聚合反应，将广口瓶放在恒温水浴中恒温反应4小时。（反应完成之后，用无水乙醇反复洗涤合成出的聚合物，洗完后尽可能的把聚合物剪碎，放在60度的真空干燥箱中烘干。

3 实验结果和分析

配制一系列不同浓度的表面活性剂溶液，该系列表面活性剂中聚合物的加量分别为：0mg/L，1000mg/L，2000mg/L。测定这些溶液在温度在25℃，转速为

6000rad/min时与模拟油的界面张力与浓度曲线，结果如图1：

由图1可以看出：加入了聚合物的表面活性剂与模拟油的界面张力变化趋势相似。不同的是加入聚合物后，表面活性剂与模拟油的界面张力值低于纯表面活性剂溶液与模拟油的界面张力。且随着聚合物的增加，界面张力值降低的越大。两性聚合物SDBS体系出现这种现象，说明随着聚合物浓度的增加，它与表面活性的协同作用增强，使其降低油水界面张力的能力逐渐增强。但是随着表面活性剂浓度的增大，与聚合物分子作用的表面活性剂分子增多，使得自由的表面活性剂分子数目变少，吸附在油水界面层的表活剂分子数目不会因为浓度的升高而增多，因此体系的界面张力在CMC后趋于平稳。

配制一系列的不同浓度SDBS下的聚合物溶液，聚合物浓度为10000mg/L，表面活性剂浓度从100mg/L到1000mg/L，待溶液混合均匀后，测得粘度，聚表混合溶液的表观粘度随阴离子表面活性剂SDBS的变化有以下特点：

（1）两性聚合物溶液的表观粘度随着表面活性剂十二烷基苯磺酸钠（SDBS）浓度增高的变化趋势是聚合物粘度先升高后降低。

（2）聚合物溶液粘度随着表面活性剂的浓度的增加先急剧上升，在400mg/L 时达到峰值，由最初的17.7 mPa·s上升到271.2 mPa·s，粘度翻了15倍；随着表面活性剂的加入，聚合物溶液表观粘度下降，然后趋于平缓。

当在聚合物溶液中加入阴离子表面活性剂十二烷基苯磺酸钠后，聚合物的疏水基开始与表面活性剂的疏水基形成混合胶束，形成了大规模、稠密的空间结构，致使聚合物的粘度迅速上升。（如图所示，在表面活性剂的加入量在100-400mg/L 时，聚合物的粘度急剧上升。

随着表面活性剂SDBS的继续加入，溶液中的聚集体继续增加，使得每个聚集体中的疏水链变有所变化，即聚合物分子间的缔合开始被拆散，因此体系的粘度迅速下降。当溶液中的缔合结构完全被加入的表面活性剂分散时，溶液的表观粘度随着表面活性剂的加入粘度变化趋于平稳。

4 结论

用羧酸基甜菜碱单体、实验室自制疏水单体和丙烯酰胺合成了一种三元共聚的两性聚合物，并对其抗盐性能进行了评价：

（1）该聚合物与阴离子表面活性剂十二烷基苯磺酸钠有着很好的协同作用，聚合物的加入使阴离子表面活性剂SDBS与模拟油界面张力稳态值降低；在SDBS与聚合物的混合体系中，不同的聚合物浓度相同表面活性剂浓度时，混合体系比单一相同浓度表面活性剂更能降低油水界面张力。

（2）两性聚合物溶液的表观粘度随着表面活性剂十二烷基苯磺酸钠（SDBS）的浓度先升高后降低。加入表面活性剂后，使聚合物的分子链开始伸展，就表现为聚合物粘度的升高。

参考文献

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