表面活性劑對(duì)親水性顆粒懸浮液流變性的影響

馬倩(長(zhǎng)治學(xué)院，山西 長(zhǎng)治 046011)

0 引言

表面活性劑的本質(zhì)是一種有機(jī)化合物，由于這種有機(jī)化合物的結(jié)構(gòu)十分特殊，所以在功能上也表現(xiàn)出了一系列的獨(dú)特性，由于表面活性劑分子具備兩親性，所以該分子能夠吸附在材料表面上，也正是因?yàn)槿绱?，固體顆粒的潤(rùn)濕性表面電荷等一系列的物理化學(xué)性質(zhì)才能夠發(fā)生改變，在針對(duì)懸浮液進(jìn)行調(diào)節(jié)過程中，利用表面活性劑溶液，由于懸浮液中的各種成分所承擔(dān)的作用十分重要，不僅與顆粒之間產(chǎn)生了相互作用，更重要的是與顆粒分子之間也產(chǎn)生了影響。

1 不同類型表面活性劑對(duì)懸浮液宏觀狀態(tài)的影響

在對(duì)表面活性劑對(duì)親水性顆粒懸浮液的流變性能的影響進(jìn)行研究的過程中需要采用不同類型的表面活性劑來證實(shí)其結(jié)果，這三種不同的表面活性劑放在實(shí)驗(yàn)臺(tái)上，同時(shí)制備好懸浮液，用相機(jī)對(duì)懸浮液的形象進(jìn)行拍攝，從實(shí)驗(yàn)結(jié)果中能夠發(fā)現(xiàn)，利用不同的表面活性劑，玻璃杯中懸浮液的宏觀形貌就會(huì)產(chǎn)生不同的種類，而伴隨陰離子表面活性劑十二烷基苯磺酸鈉(SDBS)質(zhì)量分?jǐn)?shù)的不斷增加，玻璃微珠意味著懸浮液的狀態(tài)，也在產(chǎn)生著不斷的變化，但是陽(yáng)離子型CTMAB和非離子型Brij對(duì)于玻璃杯中懸浮液的宏觀形貌改變并不大[1]。

2 表面活性劑對(duì)懸浮液黏度的影響

如圖1所示為懸浮液黏度測(cè)量過程中采用旋正流變儀的測(cè)量結(jié)果。用CTMAB溶液制備玻璃微珠懸浮液時(shí)，懸浮液的黏度增加，但是用活性劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)于懸浮液的黏度而言并沒有產(chǎn)生大的影響，Brij溶液不會(huì)對(duì)親水性玻璃微珠懸浮液的黏度造成太大的影響[2]。

圖1 表面活性劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)于玻璃微珠懸浮液黏度的影響

3 表面活性劑對(duì)懸浮液Zeta電勢(shì)的影響

為了研究種類不同的表面活性劑對(duì)玻璃微珠懸浮液流變性造成影響的原因，可以通過Zeta電勢(shì)對(duì)懸浮液做出測(cè)試，如圖2所示就是實(shí)驗(yàn)的結(jié)果[3]。這樣的結(jié)果說明了，陰離子表面活性劑加入到懸浮液中，會(huì)在電離下出現(xiàn)陽(yáng)離子，陽(yáng)離子與負(fù)電荷之間實(shí)現(xiàn)了完全中和，于是，Zeta電勢(shì)由負(fù)變正。Zeta電勢(shì)為正后，表面活性劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)在增加過程中，伴隨變化幅度的減小，表示顆粒表面吸附陽(yáng)離子的同時(shí)也開始吸附帶負(fù)電的陰離子，在玻璃微珠懸浮液制備過程中，利用陽(yáng)離子表面活性劑溶液可以從結(jié)果中發(fā)現(xiàn)懸浮液的Zeta電勢(shì)不斷地增大，但最終仍然為負(fù)。這意味著正電荷會(huì)對(duì)玻璃杯中帶電的負(fù)電荷表面進(jìn)行吸附，而懸浮液中帶有正電，除了電離出來的陽(yáng)離子以外還有表面活性劑相關(guān)的膠束，為此還需要通過進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)來進(jìn)行判斷。

圖2 表面活性劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)于玻璃微珠懸浮液的Zeta電勢(shì)的影響

4 利用表面活性劑溶液制備的懸浮液的微觀結(jié)構(gòu)

對(duì)顆粒表面微觀形態(tài)的研究能夠進(jìn)一步分析導(dǎo)致顆粒表面電荷變化的因素。如圖3所示，在親水性玻璃微珠懸浮液中添加疏水性熒光染料尼羅紅，在利用激光共焦距顯微鏡進(jìn)行觀測(cè)，因?yàn)槟崃_紅只有在疏水環(huán)境中才能夠散發(fā)熒光，而在懸浮液中具有疏水內(nèi)核和親水外核的膠束是僅有的疏水環(huán)境[4]。所以所觀測(cè)到的熒光皆為尼羅紅染料膠束。而在添加了陰離子表面活性劑溶液的玻璃微珠懸浮液中，熒光主要集中在顆粒周圍，這代表著膠束被吸附或聚集在顆粒周圍[5]。

而試驗(yàn)懸浮液Zeta電勢(shì)結(jié)果顯示，其電勢(shì)因陰離子表面活性劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)的提高而增大。其原因主要在于表面活性劑的作用下陰離子被電離出了陽(yáng)離子對(duì)部分電荷起到了中和作用，這一狀態(tài)下的顆粒表面帶有負(fù)電，與靜電斥力作用下的顆粒之間進(jìn)出排斥的狀態(tài)。當(dāng)負(fù)電荷全部被中和，且陽(yáng)離子被吸附于顆粒表面后，顆粒表面由負(fù)電轉(zhuǎn)變?yōu)檎姡藭r(shí)，因靜電吸引力顆粒與陰離子表面活性劑膠束間呈相互吸引狀態(tài)。而相互吸引的過程中，懸浮液的顆粒會(huì)逐漸由于膠束的作用而形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，逐漸促使懸浮液轉(zhuǎn)變成類似膏體的狀態(tài)[6]。

與此同時(shí)，陰離子表面活性劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)在提高的過程中顆粒表面所吸附的陰離子表面活性劑離子數(shù)量與質(zhì)量分?jǐn)?shù)呈現(xiàn)正相關(guān)，這對(duì)于顆粒空間位阻的提高起到了促進(jìn)作用，懸浮液將會(huì)再次轉(zhuǎn)變?yōu)轭愃埔后w狀態(tài)。在進(jìn)行玻璃微珠懸浮液制備時(shí)，其各物質(zhì)相互作用情況會(huì)因加入陰離子表面活性劑溶液質(zhì)量分?jǐn)?shù)的差異而存在區(qū)別。

在進(jìn)行親水性顆粒懸浮液制備時(shí)加入陽(yáng)離子表面活性劑與非離子表面活性劑，分析可發(fā)現(xiàn)，二者對(duì)于懸浮液的宏觀狀態(tài)并不會(huì)造成明顯的影響，通過觀測(cè)懸浮液微觀結(jié)構(gòu)也證明了這一結(jié)論[7]。

5 結(jié)語(yǔ)

在工業(yè)生產(chǎn)與日常生活中經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)懸浮液的身影，而其流變性是影響懸浮液性能的重要因素之一。在研究親水性顆粒懸浮液流變性時(shí)，表面活性劑對(duì)其的影響是不容忽視的，因此工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)加強(qiáng)對(duì)表面活性劑對(duì)親水性顆粒懸浮液流變性影響的研究[8]。

通過實(shí)驗(yàn)與分析不難發(fā)現(xiàn)，第一，親水性顆粒懸浮液不能利用不相溶的膠束構(gòu)造毛細(xì)管懸浮液。通過制備玻璃微珠懸浮液對(duì)比三種類型表面活性劑溶液對(duì)親水性顆粒懸浮液流動(dòng)性的影響，其中能夠造成明顯影響的僅有陰離子表面活性劑十二烷基苯磺酸鈉，陽(yáng)離子和非離子表面活性劑對(duì)其流動(dòng)性不會(huì)產(chǎn)生顯著影響。第二，在進(jìn)行玻璃微珠懸浮液制備時(shí)，隨著加入的陰離子表面活性劑十二烷基苯磺酸鈉質(zhì)量分?jǐn)?shù)的提高，會(huì)使懸浮液由類似液體狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)轭愃聘囿w狀態(tài)再轉(zhuǎn)變?yōu)轭愃埔后w狀態(tài)。而該活性劑所電離出的陽(yáng)離子會(huì)被吸附于顆粒表面導(dǎo)致顆粒表面Zeta電勢(shì)產(chǎn)生由負(fù)變正的轉(zhuǎn)變。受到靜電的相互吸引，陰離子表面的活性劑和正電顆粒形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，改變了懸浮液的外貌和狀態(tài)，但如果表面活性劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)超過0.4%，帶負(fù)電的陰離子表面活性劑分子也會(huì)被吸附，此時(shí)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)會(huì)因空間位阻的提高而被破壞，從而使懸浮液再次轉(zhuǎn)變?yōu)轭愃埔后w狀態(tài)。第三，在進(jìn)行玻璃微珠懸浮液制備時(shí)，加入陽(yáng)離子表面活性劑，其中帶正電的陽(yáng)離子表面活性劑分子會(huì)被吸附于顆粒表面，當(dāng)顆粒與膠束間空間位阻上升時(shí)，顆粒間以及顆粒與膠束間的相互作用將會(huì)降低。而加入非離子表面活性劑時(shí)，膠束與顆粒間不會(huì)發(fā)生靜電相互作用。因此二者對(duì)于懸浮液的流動(dòng)性都沒有明顯影響。