表面活性剂与聚合物在油水和泡沫体系的加合增效机制

1、表面活性剂与聚合物在油水和泡沫体系的加合增效机制    表面活性剂复配体系及表面活性剂与聚合物复配体系在石油工程、日用化学、医药等方面的广泛应用使其成为研究热点,研究表面活性复配增效机理及表面活性剂与聚合物间相互作用机制,对更好地指导实际应用具有非常重要的意义。但目前大多数研究集中于体相性质,对复配体系在油水界面、气液界面分子行为和性能的研究较少,尤其是研究手段的限制使分子水平的微观信息极其匮乏。本论文采用耗散颗粒动力学(DPD)、分子动力学(MD)等分子模拟方法,与界面张力、界面流变、泡沫稳定性等实验方法结合,从微观-介观-表观三个层次和不同角度探讨了

2、表面活性剂复配体系在油水界面、气液界面加合增效作用机理,考察了表面活性剂聚合物混合体系在油水界面分子排布和体相聚集行为,建立了油水界面、泡沫液膜上表面活性剂的加合增效机制,指导低张力泡沫体系的分子设计,并提出表面活性剂与聚合物的相互作用机制。本文主要分为三部分。第一部分(第三章)运用分子模拟方法考察了十二烷基磺基甜菜碱(DSB)、烷醇酰胺(6501)、-烯烃磺酸钠(DAOS)、单硬脂酸甘油酯(GMS)等表面活性剂在油水界面的分子行为和性能；并首次以单头单尾表面活性剂为模板,通过改变各分子基团片段间的相互作用参数系统地分析了表面活性剂结构对油水界面张力的影响；率先利用分子力场方法,通过考察温度对

3、表面活性剂分子基团片段不同基团间的影响,来研究温度对表面活性剂行为和性能的影响；采用DPD、MD分子模拟方法研究了盐度对表面活性剂性能的影响；综合前述研究结果,提出了耐温抗盐表面活性剂的分子设计方案。第二部分(包括第四章和第五章)采用分子模拟与实验相结合,研究了DAOS6501、DSB6501和GMSPEG-100复配体系在油水界面和泡沫液膜上的分子行为。DPD研究结果表明,非离子表面活性剂以分子簇形式插入到阴离子或两性离子表面活性剂所形成的界面层孔隙中,界面密度和界面效率同时提高,在油水界面协同吸附产生增效作用；MD研究表明,非离子表面活性剂和离子型表面活性剂由于极性基亲水性的强弱差异在界面

4、层内错层吸附,增大界面分子密度,因此油水界面复配协同效应得到加强,同时亲水性不同的表面活性剂在泡沫液膜上气液界面的错层排布,使极性基结合的水分子被层层锁住,极大地增强泡沫稳定性；前述研究表明,利用表面活性剂复配是同时增强油水界面、泡沫活性的快速有效途径；研究还表明,在含有阴离子或两性离子表面活性剂的复配体系中,无机盐离子增强其界面吸附趋势,对复配体系的界面协同作用起到至关重要的作用。第三部分(第六章和第七章)利用表观黏度、界面流变和透射电镜技术,结合分子模拟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)两种p

5、H敏感聚合物的性质,考察了不同pH下聚合物的体相黏度,通过分子模拟描述了各pH条件下聚合物链的分子内和分子间聚集状态,研究了分子结构和环境条件对聚合物体相聚集行为和水溶液粘度的影响；研究了疏水改性聚合物TR-1与非离子表面活性剂PEG-100的相互作用,研究结果表明疏水作用是驱动表面活性剂聚合物复合物在体相中共聚集的驱动力；TR-1分子含有疏水部和亲水基团,因此可吸附于油水界面层,但PEG-100浓度足够大的情况下,将取代TR-1占据界面层。本文采用实验与模拟相结合的研究路线,在研究表面活性剂和聚合物分子构效关系的基础上,对表面活性剂复配体系及表面活性剂与聚合物混合体系的分子行为和性能进行了系

6、统的理论研究,提出了表面活性剂在油水界面和泡沫液膜上的加合增效作用机制,并探索了表面活性剂与聚合物在体相和界面上的相互作用机制,对利用表面化学剂间及与聚合物的相互作用优化性能提供重要的理论指导,既具有理论意义,又有实用价值。本论文的主要创新点：1、首次利用DPD分子模拟方法,以单头单尾表面活性剂为模板,通过系统改变各分子基团片段间的相互作用参数分析表面活性剂结构对油水界面张力的影响,建立表面活性剂的构效关系；2、首次利用分子力场方法,通过考察温度对表面活性剂分子基团片段不同基团间的影响,来研究温度对表面活性剂行为和性能的影响,指导耐温性表面活性剂的分子设计；3、首次结合分子动力学和耗散颗粒动力

7、学分子模拟方法,探讨表面活性剂在油水界面的协同吸附规律,提出混合表面活性剂加合增效机制；4、采用分子动力学模拟方法,探索了无机盐离子对表面活性剂界面吸附行为的影响,指出盐度对复配体系界面协同作用的至关重要的作用和对体系性能的调制机制；5、运用介观模拟手段得出TR-1、PAA及TR-1+PEG-100混合体系中聚合物链间及聚合物与表面活性剂间的共聚集行为特征,结合实验手段,揭示表面活性剂与聚合物间的相互作用机理。同主题文章1.    Cynthia ,Challener. 表面活性剂步入多事之秋' J. 化工文摘. 2003.(04)&#

8、160;   2.    国外公司专利集锦' J. 化工文摘. 2001.(06)    3.    洗涤剂醇表面活性剂' J. 化工文摘. 2003.(06)    4.    农用化学品' J. 化工文摘. 2001.(02)    5.    Sean

9、0;,Milmo. 一石激起千层浪欧盟清洁剂法案回响' J. 化工文摘. 2003.(04)    6.    叶萌,程四清,王又容. 表面活性剂在纳米材料制备领域的研究概况' J. 化学工程师. 2010.(04)    7.    马正先,张宁,闫平科,曹小婷. 溶液一步法制备氧化锌纳米棒' J. 矿产综合利用. 2010.(01)    8.    王春明,秦振江. 表面活性剂在常温无镍锌系磷化中的应用研究' J. 上海涂料. 2010.(03)    9.    刘建容,刘之玲. 添加表面活性剂KP法蒸煮液的渗透性能研究' J. 四川理工学院学报(自然科学版). 2010.(01)    10.    黄统琳,田晨,刘以凡,刘明华. 表面活性剂对球形纤维素珠体得率的影响' J. 纤维素