研究表面活性剂溶液的流变性,可得到溶液中各组分相互作用的微观图像.粘度是溶液流变性的重要参数,它反映了表面活性剂溶液中各组分之间的相互关系.AES,即脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠,是一种重要的阴离子表面活性剂;NINOL,即月桂酸二乙醇酰胺,是一种非离子表面活性剂,它们都具有较强的去污､增粘､稳泡作用.利用不同的表面活性剂的组合可得到流变性差异很大的复合溶胶体系.无机盐如NaCl对其流变性影响较大,但其作用机理尚不明确.本文测定了AES､NINOL和NaCl复合溶胶体系的粘度 浓度关系曲线,探讨了该体系的流变机理.
1 实验部分
所用原料为AES和NINOL(工业品一级,新加坡进口),NaCl(分析纯),溶液均使用蒸馏水配制.称取一定量的蒸馏水,加热到70℃～80℃,恒温,按照测试要求称取一定量的样品加入水中,搅拌使其溶解,注意控制温度以避免表面活性剂过热水解.粘度测定使用了NDJ-1型旋转粘度计,实验在室温下进行.
2 结果和讨论
2.1 AES溶液的流变性
图1为室温下测得的AES溶液的粘度曲线,从图中可以看出,在AES的质量浓度较低时,溶液的粘度随着浓度的升高而成线性增长,新的球形胶束随着表面活性剂浓度的升高不断形成;当浓度继续升高,表面活性剂分子的相互作用越来越强,这时胶束开始长大,许多球形胶束变成棒状胶束,因而粘度与浓度变成指数关系;浓度继续升高,则许多胶束转化为胶团,流动性更低.
利用最小二乘法对图1的数据进行线性模拟处理,得到如下公式
η=1.07(1+6.65×w(AES))(1)
即图1中的直线.公式(1)中η为溶液的粘度系数,w(AES)为溶液的质量分数,这与Einstein公式描述的流体行为是一致的.当w(AES)=7%时,实验数据偏离线性,对实验数据再进行指数模拟处理,可得到如下公式
η=1.07exp(5.4×w(AES))(2)
即图1中的曲线.这种形式与Ball和Richmond公式一致,说明在AES浓悬浮体中全部粒子的粘度效应是逐步加入的粒子效应之总和.
2.2 AES-NaCl溶胶体系的流变性
图2给出了AES-NaCl溶胶体系的粘度曲线.
可以看出,在AES和NaCl的质量浓度较低时,溶胶体系的粘度基本上随着AES或NaCl的质量浓度升高而增大,整体上近似为指数关系,仍符合Ball和Richmond公式.在NaCl的质量浓度较高时,溶胶体系的粘度变化比较复杂,说明流体的性质已经发生了根本转变.在NaCl的质量浓度较小时,体系的粘度随之变化很小,这是由于溶液中表面活性剂胶束刚开始形成,加入的NaCl与游离的H2O分子形成水合离子,对胶束的影响不大;当NaCl的质量分数升高到4%以后,溶液的粘度随NaCl浓度的升高迅速增大,说明胶束在迅速长大,粘度曲线已远远偏离指数关系,说明此时的体系不再是牛顿型悬浮体;随着NaCl的质量分数升高到7%～10%时,则有更多的胶束产生并形成胶团,使溶胶粒子的相互作用增强;当胶团长到均匀分散的极限时,粘度达到最大值;当NaCl的质量浓度进一步增大,游离的H2O分子不够形成水合离子,NaCl分子就夺取部分胶团中的H2O分子来形成水合离子,使得胶团进一步长大直至分相,这时体系的粘度及透明度降低.
2.3 AES-NINOL-NaCl复合溶胶体系的流变性
根据胶束理论可知,在复合溶胶体系中随着主表面活性剂浓度的升高,胶束粒子不断长大,因而粘度增大.图3是在w(AES)为9%和13%时的AES-NINOL-NaCl复合溶胶体系的粘度曲线.
图3 AES-NINOL-NaCl体系的粘度曲线
在NINOL和NaCl的质量浓度一定时,体系的粘度基本上随w(AES)的增大而升高.在AES和NINOL的质量浓度一定时,体系的粘度随NaCl质量浓度的变化产生极大值,说明此时溶胶体系中形成的胶团已达到临界状态,继续添加NaCl将导致胶团过大而分相.图3表明当选择w(NaCl)为3%～4%时,可得到粘度较大的AES-NINOL-NaCl体系.粘度曲线上的指数区起始点随着NINOL的添加而向左偏移,表明体系的临界胶束浓度随之下降.粘度曲线上的最高点的变化说明NINOL的添加也有一定范围,不是越多越好.
3 结 论
(1)15%以下的AES溶液粘度随其自身浓度升高而增大,符合Ball Richmond公式,是典型的牛顿型悬浮体.添加NaCl对临界胶束浓度的影响不大,添加量为7%～10%时,对AES溶液有最好的增粘作用.
(2)AES-NINOLB-NaCl复合溶胶体系在较低浓度时仍近似为牛顿型流体,浓度稍高则流变性变得比较复杂,w(AES)增大则粘度增大.NaCl在一定的质量浓度范围内增粘效果很好,NINOL的添加会降低体系粘度,但可降低体系的临界胶束浓度.
参考文献
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