表面活性劑對親水性顆粒懸浮液流變性的影響

馬倩(長治學院，山西 長治 046011)

0 引言

表面活性劑的本質(zhì)是一種有機化合物，由于這種有機化合物的結(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，也正是因為如此，固體顆粒的潤濕性表面電荷等一系列的物理化學性質(zhì)才能夠發(fā)生改變，在針對懸浮液進行調(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懸浮液宏觀狀態(tài)的影響

在對表面活性劑對親水性顆粒懸浮液的流變性能的影響進行研究的過程中需要采用不同類型的表面活性劑來證實其結(jié)果，這三種不同的表面活性劑放在實驗臺上，同時制備好懸浮液，用相機對懸浮液的形象進行拍攝，從實驗結(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)量分數(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，但是陽離子型CTMAB和非離子型Brij對于玻璃杯中懸浮液的宏觀形貌改變并不大[1]。

2 表面活性劑對懸浮液黏度的影響

如圖1所示為懸浮液黏度測量過程中采用旋正流變儀的測量結(jié)果。用CTMAB溶液制備玻璃微珠懸浮液時，懸浮液的黏度增加，但是用活性劑的質(zhì)量分數(shù)對于懸浮液的黏度而言并沒有產(chǎn)生大的影響，Brij溶液不會對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)量分數(shù)對于玻璃微珠懸浮液黏度的影響

3 表面活性劑對懸浮液Zeta電勢的影響

為了研究種類不同的表面活性劑對玻璃微珠懸浮液流變性造成影響的原因，可以通過Zeta電勢對懸浮液做出測試，如圖2所示就是實驗的結(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，會在電離下出現(xiàn)陽離子，陽離子與負電荷之間實現(xiàn)了完全中和，于是，Zeta電勢由負變正。Zeta電勢為正后，表面活性劑的質(zhì)量分數(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離子的同時也開始吸附帶負電的陰離子，在玻璃微珠懸浮液制備過程中，利用陽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電勢不斷地增大，但最終仍然為負。這意味著正電荷會對玻璃杯中帶電的負電荷表面進行吸附，而懸浮液中帶有正電，除了電離出來的陽離子以外還有表面活性劑相關(guān)的膠束，為此還需要通過進一步實驗來進行判斷。

圖2 表面活性劑的質(zhì)量分數(shù)對于玻璃微珠懸浮液的Zeta電勢的影響

4 利用表面活性劑溶液制備的懸浮液的微觀結(jié)構(gòu)

對顆粒表面微觀形態(tài)的研究能夠進一步分析導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行觀測，因為尼羅紅只有在疏水環(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]。

而試驗懸浮液Zeta電勢結(jié)果顯示，其電勢因陰離子表面活性劑質(zhì)量分數(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離子對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電，與靜電斥力作用下的顆粒之間進出排斥的狀態(tài)。當負電荷全部被中和，且陽離子被吸附于顆粒表面后，顆粒表面由負電轉(zhuǎn)變?yōu)檎?，此時，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，陰離子表面活性劑質(zhì)量分數(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)量分數(shù)呈現(xiàn)正相關(guān)，這對于顆?？臻g位阻的提高起到了促進作用，懸浮液將會再次轉(zhuǎn)變?yōu)轭愃埔后w狀態(tài)。在進行玻璃微珠懸浮液制備時，其各物質(zhì)相互作用情況會因加入陰離子表面活性劑溶液質(zhì)量分數(shù)的差異而存在區(qū)別。

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

5 結(jié)語

在工業(yè)生產(chǎn)與日常生活中經(jīng)常會出現(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，表面活性劑對其的影響是不容忽視的，因此工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)加強對表面活性劑對親水性顆粒懸浮液流變性影響的研究[8]。

通過實驗與分析不難發(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)造毛細管懸浮液。通過制備玻璃微珠懸浮液對比三種類型表面活性劑溶液對親水性顆粒懸浮液流動性的影響，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，陽離子和非離子表面活性劑對其流動性不會產(chǎn)生顯著影響。第二，在進行玻璃微珠懸浮液制備時，隨著加入的陰離子表面活性劑十二烷基苯磺酸鈉質(zhì)量分數(shù)的提高，會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離子會被吸附于顆粒表面導致顆粒表面Zeta電勢產(chǎn)生由負變正的轉(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)量分數(shù)超過0.4%，帶負電的陰離子表面活性劑分子也會被吸附，此時網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)會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，在進行玻璃微珠懸浮液制備時，加入陽離子表面活性劑，其中帶正電的陽離子表面活性劑分子會被吸附于顆粒表面，當顆粒與膠束間空間位阻上升時，顆粒間以及顆粒與膠束間的相互作用將會降低。而加入非離子表面活性劑時，膠束與顆粒間不會發(fā)生靜電相互作用。因此二者對于懸浮液的流動性都沒有明顯影響。