表面活性剂/两亲共聚物二元体系水溶液性能研究

陈成++刘海燕

摘 要：本文以二甲基十八烷基烯丙基氯化铵（DAOAAC）、丙烯酰胺（AM）为原料，在氧化还原引发体系作用下，进行水溶液聚合反应，得到两亲共聚物，通过粘度测试研究其与阳/非离子复合表面活性剂（CTMAB/OP10、SKC/TX40、SKC/Tween80）二元体系水溶液性能，如：流变性与表面活性剂浓度、矿化度、温度、剪切速率的关系。实验结果表明阳/非离子复合表面活性剂-两亲共聚物水溶液的抗温、抗盐、抗剪切性能均比其对应的单一阳离子表面活性剂-两亲共聚物有较大提高，其中抗温、抗盐性能变化比较明显。

关键词：两亲共聚物 阳/非离子复合表面活性剂 流变性

中图分类号：TQ 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2017）08（b）-0106-03

两亲聚合物水溶液具备较好的黏度和黏弹性，表面活性剂胶束可强烈地与两亲聚合物的疏水基團相互作用，导致聚合物链之间强缔合作用，由此二者形成了空间缔合网络结构，因而导致体系黏度增加[1]。水溶性聚合物和表面活性剂之间的相互作用力一般分为三种，即分子间力、静电力和疏水相互作用力[2]。一般温度升高，会加快聚合物分子链的运动，破坏链间缔合的产生，二元体系内原有的空间网络结构被拆散，使得溶液黏度显著降低[3]。无机盐的加入，通常情况下能够使聚合物和表面活性剂间的相互作用加强，二元体系更容易形成。许多研究结果表明，和中性聚合物发生作用时，中性聚合物与阳离子表面活性剂的相互作用比较弱是一个非常普遍的现象[4-6]。本实验以一定比例的丙烯酰胺（AM）和功能性单体二甲基十八烷基烯丙基氯化铵（DAOAAC）为原料，在氧化还原引发体系作用下，进行水溶液聚合反应，制得两亲聚合物，并对其结构进行红外表征。之后通过布氏粘度计研究两亲聚合物与阳/非离子复合表面活性剂（CTMAB/OP10、SKC/TX40、SKC/Tween80）二元体系水溶液性能，如：流变性与表面活性剂浓度、矿化度、温度、剪切速率的关系，并对其乳化性能进行评价，从而得到最佳的复配方案。

1 实验部分

1.1 实验仪器与试剂

实验仪器与试剂详见表1和表2。

1.2 合成步骤

称量一定比例的AM、DAOAAC倒入玻璃广口瓶中，加入一定量的去离子水，配成25%的溶液，搅拌使之全部溶解；通入氮气20min（以隔绝氧气），然后依次加入引发剂，继续通入10min氮气，密闭绝热聚合6h，取出聚合物胶体；将胶体剪碎后，加入一定量的固体颗粒NaOH，控制水解度30%，置于80℃～100℃条件下，4h后取出散凉；水解完成后，取出一部分胶体在45℃鼓风干燥箱中进行鼓风干燥8h，控制其水含量为10%左右，停止干燥。将固体颗粒粉碎筛分后，得到不加阳离子表面活性剂的空白固体样品；将其余胶体等分若干份，接着配制一定浓度阳离子表面活性剂溶液，均匀喷洒在胶体上，在45℃干燥8h，将固体颗粒粉碎筛分后，得到复合物的固体样品。

1.3 性能测试

利用红外光谱剖析其化学结构；利用布什粘度计测量水溶液粘度。

2 结果与讨论

2.1 产物结构的表征

图1为加入SKC/TX40的复合物的红外谱图3435cm-1、1639.87cm-1为酰胺键的特征吸收峰，2943.7cm-1、2907.58cm-1为长链烷烃中-CH3与-CH2-的伸缩振动峰，1453.29cm-1、1399.12cm-1为长链烷烃中-CH3与-CH2-的弯曲振动峰，1112.47cm-1为伯胺的C-N伸缩振动峰，1242.63cm-1、1062cm-1为醚键—C—O—C—的特征吸收峰，968.77cm-1、844.64cm-1为苯环的C-H面内（面外）弯曲振动吸收峰。

经过以上对比说明表面活性剂已经均匀附着在聚合物胶体上。

2.2 阳/非离子复合表面活性剂-两亲共聚物流变性能

制得不同配比的CTMAB/OP10、SKC/TX40、SKC/Tween80复合表面活性剂-两亲共聚物固体样品，分别溶于4500mg/L的NaCl溶液中，浓度为1000mg/L，在45℃、仪器转速为6RPM的条件下测试得到粘度数据。

从图2中可以看出，SKC/Tween80、SKC/TX40、CTMAB/OP10配比分别为7∶3、1∶1、6∶4的复合表面活性剂与两亲聚合物盐溶液粘度较高，为最佳配比。以下研究其粘度与温度、盐浓度等的关系。

2.2.1 粘度与温度的关系

取一定量SKC/Tween80、SKC/TX40、CTMAB/OP10配比为7∶3、1∶1、6∶4的固体样品，分别配成1000mg/L溶液，在仪器转速为6RPM的条件下，通过恒温水箱不断地调节温度，范围从30℃升至80℃，每5℃测取一次粘度数据，得到了随温度变化的曲线图，如图3由测试结果可知，二元体系水溶液抗温性能较两亲聚合物都有所提升。

2.2.2 粘度与盐浓度的关系

取一定量SKC/Tween80、SKC/TX40、CTMAB/OP10配比为7∶3、1∶1、6∶4的固体样品，分别配成1000mg/L溶液，体系内无机盐NaCl的浓度为2000mg/L、4500mg/L、7000mg/L、10000mg/L 、20000mg/L、30000mg/L、70000mg/L。45℃、仪器转速为6RPM的条件下测试得到了随盐浓度变化的粘度数据，如图4二元体系水溶液抗盐性能较两亲聚合物都有所提升。

3 结论

经过以上的测试分析，可以得出以下结论。

（1）CTMAB/OP10、SKC/TX40、SKC/Tween80复合表面活性剂-两亲共聚物水溶液的抗温、抗盐、抗剪切性能比两亲共聚物有较大提高，其中抗温、抗盐性能变化比较明显。

（2）此次实验中抗温、抗盐、抗剪切性能最好的复配方案：浓度为2%，SKC∶TX40为1∶1的阳离子表面活性剂-两亲聚合物。

参考文献

[1] 徐玥，陆智斐，巫羚艺.表面活性剂概述及新应用[J].中国科技博览，2010（26）：320.

[2] 康万利，徐斌，孟令伟，等.N-苄基-N-正丁基丙烯酰胺三元共聚物与SDS的相互作用[J].中国石油大学学报：自然科学版，2013，37（3）：157-160.

[3] 张岩，岳前声，向兴金.疏水缔合型水溶性聚合物的合成性质与应用[J].钻井液与完井液，2001，18（2）：44-47.

[4] Witte FM，Engberts JBFN.Micelle-polymer complexes： Aggregation numbers， micellar rate effects and factors determining the complexation process[J].Colloids Surf，1989，36（3）：417-426.

[5] Biggs S，Selb J，Candau F.Copolymers of AMIN-alkylacrylamide in aqueous solution： the efects of hydrolysis on hydrophobic interaction[J].Polymer，1993，34（3）：580-591.

[6] 徐强.水溶性聚合物、表面活性剂和盐体系的溶液流变性质[D].无锡：江南大学，2009.endprint