研究表面活性劑溶液的流變性,可得到溶液中各組分相互作用的微觀圖像.粘度是溶液流變性的重要參數(shù),它反映了表面活性劑溶液中各組分之間的相互關(guān)系.AES,即脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸鈉,是一種重要的陰離子表面活性劑;NINOL,即月桂酸二乙醇酰胺,是一種非離子表面活性劑,它們都具有較強(qiáng)的去污､增粘､穩(wěn)泡作用.利用不同的表面活性劑的組合可得到流變性差異很大的復(fù)合溶膠體系.無(wú)機(jī)鹽如NaCl對(duì)其流變性影響較大,但其作用機(jī)理尚不明確.本文測(cè)定了AES､NINOL和NaCl復(fù)合溶膠體系的粘度 濃度關(guān)系曲線,探討了該體系的流變機(jī)理.
1 實(shí)驗(yàn)部分
所用原料為AES和NINOL(工業(yè)品一級(jí),新加坡進(jìn)口),NaCl(分析純),溶液均使用蒸餾水配制.稱取一定量的蒸餾水,加熱到70℃～80℃,恒溫,按照測(cè)試要求稱取一定量的樣品加入水中,攪拌使其溶解,注意控制溫度以避免表面活性劑過(guò)熱水解.粘度測(cè)定使用了NDJ-1型旋轉(zhuǎn)粘度計(jì),實(shí)驗(yàn)在室溫下進(jìn)行.
2 結(jié)果和討論
2.1 AES溶液的流變性
圖1為室溫下測(cè)得的AES溶液的粘度曲線,從圖中可以看出,在AES的質(zhì)量濃度較低時(shí),溶液的粘度隨著濃度的升高而成線性增長(zhǎng),新的球形膠束隨著表面活性劑濃度的升高不斷形成;當(dāng)濃度繼續(xù)升高,表面活性劑分子的相互作用越來(lái)越強(qiáng),這時(shí)膠束開(kāi)始長(zhǎng)大,許多球形膠束變成棒狀膠束,因而粘度與濃度變成指數(shù)關(guān)系;濃度繼續(xù)升高,則許多膠束轉(zhuǎn)化為膠團(tuán),流動(dòng)性更低.
利用最小二乘法對(duì)圖1的數(shù)據(jù)進(jìn)行線性模擬處理,得到如下公式
η=1.07(1+6.65×w(AES))(1)
即圖1中的直線.公式(1)中η為溶液的粘度系數(shù),w(AES)為溶液的質(zhì)量分?jǐn)?shù),這與Einstein公式描述的流體行為是一致的.當(dāng)w(AES)=7%時(shí),實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)偏離線性,對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)再進(jìn)行指數(shù)模擬處理,可得到如下公式
η=1.07exp(5.4×w(AES))(2)
即圖1中的曲線.這種形式與Ball和Richmond公式一致,說(shuō)明在AES濃懸浮體中全部粒子的粘度效應(yīng)是逐步加入的粒子效應(yīng)之總和.
2.2 AES-NaCl溶膠體系的流變性
圖2給出了AES-NaCl溶膠體系的粘度曲線.
可以看出,在AES和NaCl的質(zhì)量濃度較低時(shí),溶膠體系的粘度基本上隨著AES或NaCl的質(zhì)量濃度升高而增大,整體上近似為指數(shù)關(guān)系,仍符合Ball和Richmond公式.在NaCl的質(zhì)量濃度較高時(shí),溶膠體系的粘度變化比較復(fù)雜,說(shuō)明流體的性質(zhì)已經(jīng)發(fā)生了根本轉(zhuǎn)變.在NaCl的質(zhì)量濃度較小時(shí),體系的粘度隨之變化很小,這是由于溶液中表面活性劑膠束剛開(kāi)始形成,加入的NaCl與游離的H2O分子形成水合離子,對(duì)膠束的影響不大;當(dāng)NaCl的質(zhì)量分?jǐn)?shù)升高到4%以后,溶液的粘度隨NaCl濃度的升高迅速增大,說(shuō)明膠束在迅速長(zhǎng)大,粘度曲線已遠(yuǎn)遠(yuǎn)偏離指數(shù)關(guān)系,說(shuō)明此時(shí)的體系不再是牛頓型懸浮體;隨著NaCl的質(zhì)量分?jǐn)?shù)升高到7%～10%時(shí),則有更多的膠束產(chǎn)生并形成膠團(tuán),使溶膠粒子的相互作用增強(qiáng);當(dāng)膠團(tuán)長(zhǎng)到均勻分散的極限時(shí),粘度達(dá)到最大值;當(dāng)NaCl的質(zhì)量濃度進(jìn)一步增大,游離的H2O分子不夠形成水合離子,NaCl分子就奪取部分膠團(tuán)中的H2O分子來(lái)形成水合離子,使得膠團(tuán)進(jìn)一步長(zhǎng)大直至分相,這時(shí)體系的粘度及透明度降低.
2.3 AES-NINOL-NaCl復(fù)合溶膠體系的流變性
根據(jù)膠束理論可知,在復(fù)合溶膠體系中隨著主表面活性劑濃度的升高,膠束粒子不斷長(zhǎng)大,因而粘度增大.圖3是在w(AES)為9%和13%時(shí)的AES-NINOL-NaCl復(fù)合溶膠體系的粘度曲線.
圖3 AES-NINOL-NaCl體系的粘度曲線
在NINOL和NaCl的質(zhì)量濃度一定時(shí),體系的粘度基本上隨w(AES)的增大而升高.在AES和NINOL的質(zhì)量濃度一定時(shí),體系的粘度隨NaCl質(zhì)量濃度的變化產(chǎn)生極大值,說(shuō)明此時(shí)溶膠體系中形成的膠團(tuán)已達(dá)到臨界狀態(tài),繼續(xù)添加NaCl將導(dǎo)致膠團(tuán)過(guò)大而分相.圖3表明當(dāng)選擇w(NaCl)為3%～4%時(shí),可得到粘度較大的AES-NINOL-NaCl體系.粘度曲線上的指數(shù)區(qū)起始點(diǎn)隨著NINOL的添加而向左偏移,表明體系的臨界膠束濃度隨之下降.粘度曲線上的最高點(diǎn)的變化說(shuō)明NINOL的添加也有一定范圍,不是越多越好.
3 結(jié) 論
(1)15%以下的AES溶液粘度隨其自身濃度升高而增大,符合Ball Richmond公式,是典型的牛頓型懸浮體.添加NaCl對(duì)臨界膠束濃度的影響不大,添加量為7%～10%時(shí),對(duì)AES溶液有最好的增粘作用.
(2)AES-NINOLB-NaCl復(fù)合溶膠體系在較低濃度時(shí)仍近似為牛頓型流體,濃度稍高則流變性變得比較復(fù)雜,w(AES)增大則粘度增大.NaCl在一定的質(zhì)量濃度范圍內(nèi)增粘效果很好,NINOL的添加會(huì)降低體系粘度,但可降低體系的臨界膠束濃度.
參考文獻(xiàn)
1 徐桂英,蘇紅梅,李干佐等.聚丙烯酰胺與混合表面活性劑的相互作用.物理化學(xué)學(xué)報(bào),1994,10(10):909～914
2 王統(tǒng)寬.丙烯酸及其月桂酸酯共聚物的水溶液流變行為.高分子材料科學(xué)與工程,1994,10(1):126～129
3 王鏡和.無(wú)機(jī)鹽和尿素對(duì)直鏈烷基苯磺酸鈉濃度液粘度性質(zhì)的影響.化學(xué)學(xué)報(bào),1995,53(1):237～242
4 胡征宇,陸用海.洗滌劑配方原理.日用化學(xué)工業(yè),1993,(1):45～47
5 Ball R,Richmond P.Dynamics of colloidal dispercions.JPhys Chem Liq,1980,(9):99～116
