阳离子对聚合物溶液黏度损失的影响机制

发布时间：2024-03-24 07:48

　　研究Na⁺、Ca²⁺、Mg²⁺等阳离子对聚合物溶液黏度的影响机制,考察不同离子质量浓度对聚合物溶液黏度的影响,利用扫描电镜对聚合物微观形貌进行分析,利用凝胶色谱-示差折光检测器对聚合物相对分子质量进行检测,采用分子动力学模拟研究阳离子对聚合物分子构型的影响。结果表明:Na⁺质量浓度高于5 g/L、 Ca²⁺和Mg²⁺质量浓度高于0.4 g/L,聚合物黏度损失超过70%;外加阳离子条件下,聚合物相对分子质量变化不大,但均方回转半径降低;阳离子导致聚合物溶液黏度降低的主要原因是阳离子与聚合物分子链内的带负电基团的静电吸引作用造成对聚合物分子链的压缩,从而使聚合物分子链卷曲、收缩。

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【部分图文】：

图1不同质量浓度Na+、Ca2+、Mg2+离子对聚合物溶液黏度影响

不同离子质量浓度对聚合物溶液黏度的影响见图1。从图1看出,随着离子质量浓度增加,聚合物溶液黏度均呈先快速下降后变平缓的规律。当Na+质量浓度高于5g/L、Ca2+、Mg2+质量浓度高于0.4g/L,聚合物黏度损失超过70%。二价离子对聚合物溶液的黏度影响程度大于一价离子,M....

图2不同离子质量浓度条件下聚合物的微观形貌

不同离子质量浓度条件下聚合物的微观形貌如图2所示。不同的阳离子均导致聚丙烯酰胺分子骨架变瘦并发生卷缩,聚合物分子卷缩后聚集在一起,导致网络立体骨架变细、松散。推断阳离子对聚合物溶液扩散双电层的压缩,引起空间网格结构破坏,从而导致黏度降低。2.3相对分子质量

图3不同阳离子存在下HPAM的构型

图3为分子动力学模拟不同阳离子存在下部分水解聚丙烯酰胺的微观构型。可见,HPAM分子链在无外加盐离子的溶液中呈现出伸展的形态,加入Na+、Ca2+、Mg2+等离子后呈现不同程度的收缩状态。这是由于部分水解聚丙烯酰胺链段内部分布着带负电的羧酸基团,这些基团之间的负电排斥作用导致了聚....

图4不同体系下聚合物链中羧酸根与水中

为探究不同阳离子的加入引起的溶剂分子对聚合物分子的作用,研究溶液中水分子对聚合物的影响。图4为4个体系内聚合物中带负电的羧酸根基团和水分子中氧原子之间的径向分布函数(RDF)。可以看出在无外加盐体系以及加入无机盐的3个体系中水溶液在聚合物周围都形成了较为致密的两个水化层,表明聚合....

本文编号：3937161