两亲性阴离子二元梳形共聚物和阳离子三元嵌段共聚物的合成、界面活性及应用研究

发布时间：2017-05-04 11:12

  本文关键词：两亲性阴离子二元梳形共聚物和阳离子三元嵌段共聚物的合成、界面活性及应用研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：两亲性聚合物表面活性剂比小分子表面活性剂具有更低的临界胶束浓度和更强的表/界面吸附驱动力,且迁移速率更慢,所形成的胶束或表／界面吸附层的稳定性更高,因而常常表现出独特的性能,在水煤浆添加剂和油水乳化剂等领域应用前景巨大。本论文通过对马来酸酐-苯乙烯无规共聚物(SMA)的侧链接枝改性,合成了两种阴离子梳形共聚物,并利用甲基丙烯酸二甲氨乙酯(DMA)、聚乙二醇甲醚甲基丙烯酸酯(PMA)和甲基丙烯酸月桂酯(LMA)的三步RAFT可控聚合制备了三嵌段共聚物。分别研究了两种类型共聚物在水煤浆和油水乳化液中的界面活性和分散稳定性能,比较了不同分子结构组成下共聚物的性能差异,以及环境因素对共聚物性能的影响,进而探索了不同共聚物的作用机理。主要工作总结如下：1.合成了具有氨基萘磺酸单侧链结构的SMANS系列和具有氨基萘磺酸和聚乙二醇单甲醚(mPEG)双侧链结构的SMANP系列阴离子梳形共聚物,并通过三步RAFT反应制备得到了三嵌段共聚物PDMA-PPMA-PLMA。其中三嵌段共聚物的聚合过程表现出拟一级动力学特性,聚合产物具有分子结构可控、分子量分布窄的特点。由于叔氨基团的存在,三嵌段共聚物在水溶液中具有明显的pH响应性,能够通过调节溶液pH诱导其形成不同的胶束结构。2.重点从流变学角度,研究了SMAN系列阴离子梳形共聚物对于神府煤水煤浆的分散稳定性能,并利用zeta电位、紫外/可见光吸收光谱以及接触角等手段,研究了两种阴离子共聚物对水煤浆的作用机理及其异同。结果表明,氨基萘磺酸侧链能够使煤粒间产生静电斥力效应,但离子强度对其作用效果具有明显影响。分子结构中额外引入的mPEG侧链不仅能够在煤粒间提供有效的空间位阻效应,并产生较厚的水化膜,同时还能够提高共聚物在煤粒表面的吸附层密度,从而使水煤浆的分散稳定性进一步增强,使其最大成浆浓度由66叭%升高至71wt%。3.分别研究了SMAN系列和PDMA-PPMA-PLMA系列共聚物的正十二烷/水界面活性、界面吸附性能以及乳化稳定性能,并考察了共聚物分子结构和环境因素(盐浓度或pH)对不同共聚物作用性能的影响,明确了各类共聚物的乳化稳定机理。与在水煤浆中类似,SMANP分子结构中适宜比例的mPEG侧链也能使得共聚物在油滴表面的吸附层密度和厚度增大、吸附膜强度提高,并有效增强体系的耐盐性,从而发挥更有效的乳化稳定作用。由于嵌段共聚物具有更大的分子体积以及更加规整的亲疏水嵌段结构,其分子能够更牢固地吸附在油水界面,并形成更致密的吸附层结构,因此其降低界面张力的效果略高于SM AN系列共聚物,具有更好的乳化稳定性能。嵌段共聚物的界面活性具有pH响应性,pH的影响作用与其分子中的叔氨基团比例相关。通过胜利原油验证了共聚物的乳化降粘性能,其中SMANP和PDMA-PPMA-PLMA分别能将原油表观粘度从约34 Pa·s降至247 mPa·s (5 mg/mL)和350mPa·s (3 mg/mL)。4.利用阴离子SMANS和阳离子PDMA-PPMA-PLMA组成复合体系,考察形成的复合微粒结构随SMANS浓度、溶液pH及盐浓度的变化,研究两种聚电解质在溶液中的相互作用和自组装机理,并探索了复合微粒的界面活性和乳化稳定性能,以及不同条件下界面吸附层的结构变化。结果表明,在正负电荷的化学计量比为1时,两种聚电解质的相互作用最强,形成的复合物胶束的聚集数最大、结构最致密。相比于单组份体系,聚电解质复合物具有更高的油水界面活性和吸附性能,能够更高效地形成具有良好稳定性的O/W型乳化液。溶液pH的升高会降低嵌段共聚物的电荷密度,盐浓度的升高则对聚电解质问的静电作用具有屏蔽效应,两种因素都会削弱聚电解质的复合作用,并对复合物的结构、界面活性和乳化稳定性能产生不同的影响。
【关键词】：梳形共聚物 嵌段共聚物 可控“活性”自由基聚合 界面活性 水包油型乳化液
【学位授予单位】：华东理工大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TQ423
【目录】：

• 摘要5-7
• abstract7-13
• 第1章 前言13-47
• 1.1 两亲聚合物表面活性剂13-17
• 1.1.1 两亲分子13-14
• 1.1.2 两亲聚合物表面活性剂及其突出特性14-15
• 1.1.3 两亲聚合物的分类15-17
• 1.2 两亲聚合物的合成方法17-24
• 1.2.1 传统自由基聚合17
• 1.2.2 活性聚合17-18
• 1.2.3 可控“活性”自由基聚合18-22
• 1.2.4 利用CLRP合成两亲聚合物的研究进展22-24
• 1.3 两亲聚电解质与相反电性复合组分的相互作用和协同自组装24-34
• 1.3.1 聚电解质-小分子表面活性剂复合体系24-28
• 1.3.2 多组分聚电解质复合体系28-30
• 1.3.3 聚电解质-生物分子复合体系30-32
• 1.3.4 聚电解质复合作用的影响因素32-34
• 1.4 聚合物表面活性剂在水煤浆中的应用34-37
• 1.4.1 水煤浆添加剂的分类35
• 1.4.2 作用机理35-36
• 1.4.3 国内外研究现状36-37
• 1.5 聚合物表面活性剂在油水乳化中的应用37-45
• 1.5.1 乳化液的类型38-39
• 1.5.2 乳化液的破乳机理及聚合物表面活性剂的作用39-43
• 1.5.3 聚合物表面活性剂作为乳化剂的研究43-45
• 1.6 本文研究基础和研究内容45-47
• 1.6.1 研究基础45
• 1.6.2 研究内容45-47
• 第2章 阴离子二元梳形共聚物以及阳离子三嵌段共聚物的合成47-76
• 2.1 引言47-48
• 2.2 SMAN系列阴离子接枝共聚物的合成及表征48-56
• 2.2.1 实验原料与仪器48-49
• 2.2.2 单侧链阴离子接枝共聚物SMANS系列的合成49
• 2.2.3 双侧链阴离子接枝共聚物SMANP系列的合成49-50
• 2.2.4 SMAN系列阴离子接枝共聚物的分析与表征方法50-51
• 2.2.5 SMAN系列阴离子接枝共聚物结构表征51-53
• 2.2.6 SMAN系列阴离子接枝共聚物的紫外/可见光吸收光谱测定53-55
• 2.2.7 SMAN系列阴离子接枝共聚物红外光谱分析55-56
• 2.3 PDMA-PPMA-PLMA系列三嵌段共聚物的RAFT可控合成及表征56-74
• 2.3.1 实验原料与仪器56-57
• 2.3.2 三嵌段共聚物D_n-P_m-L_x的合成57-61
• 2.3.3 PDMA-PPMA-PLMA系列三嵌段共聚物的分析与表征方法61-62
• 2.3.4 大分子链转移剂D_n macro-CTA的合成及其影响因素讨论62-64
• 2.3.5 两嵌段共聚物D_n-P_m的合成及其影响因素讨论64-66
• 2.3.6 三嵌段共聚物D_n-P_m-L_x的合成及其影响因素讨论66-68
• 2.3.7 RAFT聚合过程反应动力学研究及讨论68-71
• 2.3.8 PDMA-PPMA-PLMA系列三嵌段共聚物pH响应性71-74
• 2.4 本章小结74-76
• 第3章 阴离子二元梳形共聚物对水煤浆流变性和稳定性的作用研究76-104
• 3.1 引言76
• 3.2 实验部分76-81
• 3.2.1 实验原料与仪器76-77
• 3.2.2 煤样分析及煤粉的制备77-78
• 3.2.3 水煤浆的配制78
• 3.2.4 水煤浆的流变性能和表观粘度测定78-79
• 3.2.5 水煤浆的屈服应力测定79-80
• 3.2.6 水煤浆的静态稳定性表征80
• 3.2.7 SMAN系列阴离子共聚物对水煤浆的吸附性能测定80
• 3.2.8 水煤浆的zeta电位测定80-81
• 3.2.9 水煤浆中煤颗粒的接触角测定81
• 3.3 结果与讨论81-102
• 3.3.1 煤粉性质及其成浆浓度对水煤浆粘度的影响81-83
• 3.3.2 SMAN阴离子共聚物对水煤浆表观粘度的影响83-87
• 3.3.3 SMAN阴离子共聚物对水煤浆流变性能的影响87-92
• 3.3.4 SMAN阴离子共聚物对水煤浆屈服应力的影响92-93
• 3.3.5 阴离子共聚物对水煤浆静态稳定性的影响93-95
• 3.3.6 SMAN阴离子共聚物对水煤浆的作用机理研究95-102
• 3.4 本章小结102-104
• 第4章 阴离子二元梳形共聚物的油水界面活性及乳化性能研究104-136
• 4.1 引言104-105
• 4.2 实验部分105-109
• 4.2.1 实验原料与仪器105-106
• 4.2.2 正十二烷/水的界面张力的测定106
• 4.2.3 水包油乳化液的制备106
• 4.2.4 水包油乳化液的光学显微图表征106-107
• 4.2.5 SMAN系列共聚物在模型油乳化液滴表面的吸附性能测定107
• 4.2.6 模型油乳化液的稳定性评价107-108
• 4.2.7 原油乳化液表观粘度测定108-109
• 4.2.8 原油乳化液的静态稳定性评价109
• 4.3 结果与讨论109-133
• 4.3.1 SMAN系列阴离子共聚物的油水界面活性分析109-112
• 4.3.2 SMAN阴离子共聚物对模型油的乳化性能评价112-118
• 4.3.3 SMAN阴离子共聚物对模型油乳化液的吸附性能研究118-121
• 4.3.4 SMAN系列共聚物作用下模型油乳化液的稳定性评价121-127
• 4.3.5 SMAN阴离子共聚物对胜利原油的乳化降粘性能评价127-132
• 4.3.6 胜利原油乳化液的稳定性评价132-133
• 4.4 本章小结133-136
• 第5章 阳离子三嵌段共聚物的油水界面活性及乳化性能研究136-153
• 5.1 引言136
• 5.2 实验部分136-137
• 5.2.1 实验原料与仪器136-137
• 5.2.2 正十二烷/水的界面张力的测定137
• 5.2.3 水包油乳化液的制备137
• 5.2.4 水包油乳化液的光学显微图表征137
• 5.2.5 原油乳化液表观粘度测定137
• 5.2.6 水包油乳化液的静态稳定性评价137
• 5.3 结果与讨论137-151
• 5.3.1 三嵌段共聚物的油水界面活性分析137-142
• 5.3.2 三嵌段共聚物对模型油的乳化作用分析142-145
• 5.3.3 三嵌段共聚物对胜利原油的乳化降粘作用分析145-151
• 5.4 本章小结151-153
• 第6章 阳离子三嵌段共聚物与阴离子梳形共聚物的协同自组装及其复合物的界面活性和乳化性能研究153-177
• 6.1 引言153
• 6.2 实验部分153-155
• 6.2.1 实验仪器153-154
• 6.2.2 DPL11/S2复合体系溶液的制备及表征154
• 6.2.3 正十二烷/复合溶液的界面张力测定154
• 6.2.4 水包油乳化液的制备154
• 6.2.5 模型油乳化液的稳定性评价154
• 6.2.6 原油乳化液表观粘度测定154
• 6.2.7 原油乳化液的静态稳定性评价154-155
• 6.3 结果与讨论155-175
• 6.3.1 DPL11与S2在复合溶液中的协同自组装行为及所形成的PEC微粒表征155-161
• 6.3.2 DPL11/S2复合物的油水界面活性分析161-166
• 6.3.3 DPL11/S2复合物对模型油的乳化性能评价166-169
• 6.3.4 DPL11/S2复合物作用下的模型油乳化液稳定性评价169-173
• 6.3.5 DPL11/S2复合物对胜利原油的乳化降粘及稳定性能评价173-175
• 6.4 本章小结175-177
• 第7章 总结与展望177-180
• 7.1 全文总结177-179
• 7.2 创新性179
• 7.3 展望179-180
• 参考文献180-201
• 致谢201-202
• 附录1 作者简介及发表论文202-203

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本文编号：344964