聚乙烯吡咯烷酮与十二烷基磺酸钠的相互作用

～ ／ 寸 批毒溯 寸) ，撕 聚乙烯毗咯烷酮与十二烷基磺酸钠的相互作用 石 成法 魏 西 孙德 志 — — 城 面 学系) 提 要 -77 ， J'~ 本 文通过测定溶液的表 面张 力和增溶作 用来研究聚乙烯吡咯烷酮(简记 为PVP) 与十二烷基磺酸钠 (简记为AS)相互作用的规律。结果表明；温度越高， PVP的 加量越多以及氯化钠 (NaCI)的加入，均能使AS溶液的表面张力降低 ，增溶能力 增 强。 、 表面活性剂是一类具有多种用途的有机 化合物，为提高其使用效果，常采用复配的 表面活性剂。其中展引人注 目的是和一些水 溶性的高分子聚台物一起复配使用 目前， 关于高聚物与表面活性剂相互作用的研究报 导很多，特别是十二烷基硫 酸 钠 (简 记 为 SDS)和PVP体系的研究 更为深入。 本：文选择As作为研究对象其原因有二 ：一 是其HLB值为12．3，是一种既不太 亲 油 又 不十分亲水的常见的阴离子型表面活性剂j 另一方面，烷基磺酸盐的应用十分广泛。As 作为洗涤剂，在低pH值下，它可以克服皂类 活性剂活性降低之不足 ，又不似硫酸酯盐那 样因水解而不稳定。而且具有良好的生物降 解性。尤其重要的是，当前十分引人注 目的 三次采油中广泛应用的胶束及馓乳液驱油段 塞中，都是以石油磺酸盐作为活性剂的。因 此，对这类活性剂的研究更显迫切。文中通 过1蒯定溶液的表面张力和增溶作 用 来 研 究 ，8 PVP与AS的相互作用本质，这无疑是 一 项 非常有意义的工作。 2 实验部分 仪器：72型分光光度计 (上海仪器 厂)。WDP微生物多用培养箱(山东大学仪 器厂)。最大气泡法表面张力仪一套}恒温 水浴一套。 药品：AS：化学纯(浙江奉化助剂厂)， 在无水 乙醇中重结晶两次，测其水溶液的表 面张力与浓度曲线不出现极小点。PVP：分 析纯 (上海化学试剂采购供应站分装厂)， BASF进 口分装。二甲基黄(简记为DMAB)， (上海崇明县裕安裕西试剂厂)，用4：6的 无水 乙醇水溶液重结 晶三次。氯化钠 (Na— C1)：分析纯 (青岛四方区化学试剂厂)。 二次蒸馏水：将市售 蒸 馏 水 用 高 锰 酸 钾 (KMnO )处理后进行二次蒸馏。 实验方法：配制含有一定量PVP的不向 浓度的AS水溶液，在4023时测其表面张力| 在待铡溶液中加入过量的DMAB，恒温振荡 维普资讯 http://www.cqvip.com 24小时，离心，取上层清液，以水和无水 乙 醇稀释，在500rim波长处测其光密度 ，然后 在工作曲线上查相应的增溶量。 3 结果和讨论 5．1 PVP加量对AS溶液表面张力和增溶作 用 的影 响 (40℃) 从图 1可以看出，在C s^<8．5×10 M 的溶液中，加入PVP使AS溶液的表面张力 降低，且PYP加量越多，降低也 越 多。 在 CAs>8．5×10 M的溶液中，加 入 PVP使 As溶液的表面张力增加，且加量越多 增 加 也越多。这一现象的出现可以用AS的 疏 水 端吸附于PVP碳氢键上形成类似于 胶 团 的 阴离子 “簇”来解释[1 I。这种阴离 子 簇 是一种复合物。当CAs<8．5×10 M时，由 于pVP分子的偶极作用减小了AS分子头 基 间的排斥力，使AS容易被吸附到表面上来 ， 从而在溶液表面比内部提前形成复合物，即 阴离子簇。好像是胶团提前形成，使AS溶液 目 智 6々 转 移 4o ’j ，】 图 1 PVP对AS旃液表面张力的影响 (4oC 。) VP浓 度|1． 0， 2． 0．2 j 3． 0．4 表面张力降低。而当C^ >8．5×1O M时， 由于AS分子间的电性排斥，对提前形 成 的 簇起解析作用。其次是由于PVP的存在，AS 所形成的胶团也有被吸附的可能，致使胶团 数 目减少，从而导致了As溶液表面张 力 的 提高。PVP的加量越多，PVP与AS的作用 越强烈，故影响亦越显著。 图 2表明：PVP的加入使AS溶液 的 增 溶能力提商。而且，PVP的用 匿 越 多 ，对 DMAB的增溶量也越大。这是因 为 DMAB 吸附于胶团表面形成混合胶 团。加 入 p~,rp 后，由于PVP的吸附作 用，使胶团增大，有 利于DMAB分子插入AS胶团的 “栅栏”中， 故增溶量增加。 年 8 ，i ●S 如 C J ， 2 PVP对AS辩液增稚嚣响 (411 C) C vP 1． 0， 2． 0—1 # 3． 0．3 I 4． 0．6 5．2 温度对PVP与AS相互作用的影响 在4O℃和50℃分别测定溶液 的 表 面 张 力，结果见图 3。可以看出，升高温度，溶 液的表面张力稍有增加 。曲线 4出现两个转 折点，这说明由于PVP对AS的吸附作 用 在 第一转折点时开始形成复合物，在第二个转 折点浓度时，吸附达到饱和，未被吸附的 AS 浓度也达到形成胶团所需浓度，此后不断形 成胶团，溶液表面张力不再发生明显变化。 ～ I ‘ 耳 卫 o t1延 _参 u 维普资讯 http://www.cqvip.com 4 B t2- f‘ 2O CA$(mm~ 圈 4 温度对增溶作用影响 1．4O℃。ASI 2．5O℃，AS， 3．4O℃， AS—PVP(0．3 )一 KaCl(0．01N) 4．5O℃。AS— VP{O．3 )一NaCl(0．01N) 5．5 盐对PVP与AS相互作用的影响 从图5可以看到 ；N l的加入在降低 同 浓度 (AS)溶液的表面张力的同时也降低了 AS的cmc(40℃时 ： cfnc^s=9．8×10 M， cmcAs—NaC1=7．9×1 0 M)。并且使 溶 液 的最低表面张力 (≥CFI1C时之表面张力) 降 的更低 (线 1，线 2所示)。这是因为在离 子型表面活性剂 的水溶液中，表面活性剂的 单体和胶团吸附层都带电，加入NaC1以后， 将改变离子的空间结构，压缩离子型表面活 性剂 的离子雾，吸附层和电双层，减弱了吸 附层和胶团中表面活性离子之间 的 电 性 斥 力，使之排列更加紧密 从而导致了洛液的 表面张力降低 “ cAs】 阿 5 KaC{对蒋液表面张力影响 f40 C) f．Asj 2．AS— NaCl (O．01N) ； 3．A S— PVP (O．2 ) ； ．^AS-- P~v'P (O．2％ )一 aC1fO．o1 ) NaC1对AS—PVP体系的影响也出现类 似情况 (见曲线 3、 4)。此现象可以从经 验公式 ：lgcmc=A2一K。tgC 来解释。式 中C 为表面活性剂反离子浓度，K。为胶团反 离子结合度，A 为一常数。发现 加 入PVP 后使K。增大 ，使cmc降低 而加入NaC1后使 C．增大，使CIIIC降低。 ：{； ：窖 扣 鬣 r商 维普资讯 http://www.cqvip.com 4 e ，2 l 2O (A譬(mHJ 圈 6 NaCI对涪波增溶作甩影响 (4 0。C) 1．AS} 2．AS—PVP 40．8 )。 3．AS— PVP(O．9啪 一 NaCI(0．8IN) 4．AS--PVP(9．3％卜一NaC!(O．95N}。 图 6结果很有趣，在 AS浓 度 较 低 时 (≤1．2×1．0 M)，加入NaCI有利于增溶； 在1．2×10 iVi以后 ，加入NaCI反而使增溶 降低 (曲线 3、 4)。其原因可 能 是 由 于 PVP与DMAB问的相互作用。在AS浓度 小 于1．2 x 10一M的溶液中，DMAB以中 性 型 增溶于胶团内部。而在1．2×10 M以后，是 以极性型增溶于胶团内部。这种情况类似于 赵 国玺教授指出的那样：在离子型表面活性 荆中，加入中性电解质使增溶于胶团的烃类 增溶量增加，而使增溶于胶团栅层的极性化 台物增溶量减少 】。 参 考 文 献 1 M·M cata＆ H·Acai，j·Co[toLd and Iat rface s㈣ie e，44：475(1973) 2 H·Lange． KoHoid—Z．Z．Polyme 。243：10l 4197i) H·Arai．M ·M rata and K． ShiNoda， j．Co一 儿0id and Jnterface Scie nc￡ 87：223(1971) d S·Saito．Kolloid—Z．158：12O(1958) 5 S·Saito， Koltoid—Z．Z．Polym．， 249：1 096 4i971) 6 S·Saito． j．Colloid Intcrface Ssi．． 24： 227 4i9B M ·J·schw~ger and H·Lan6e．Proc．9th Int． Cong．Surf． Aativ．，2：955 41968) 8 G·Popescu，M ·Radu， and D ·Augbel， Proc， GthInt。Cong．Su ．Aetiv．Barcehona 2：953 41972) 9 S·Saito， J·Colloid lntersaee Sci．． 15：283 41960) lO K ·Hagakawa，H·blurata and I·SataRe<1990)， Co Lloid Polymer~ci 268：1044 1l R·Pelton a nd D·Lawrence 41989) CoI[oid PoLymer S si 287：907 12 M ·N·~onee，卜Co[1u~d Inter{ase Sci．． 23，36 (1987) l3 M ·J·Schwu6er，J·Co[toid Iaterface Sci．，n ， 491(1973) 14 M·Smith and N·Muller．J·Colloid Inter[ace Sci．．25：507"41975) 浏 (2) 同(3) 戚文彬 表面活性荆分析化学 ， 中国计量出版 社 ．117：1986 朱步瑶‘ 《日用化学工 业 ，2，36(1988) 赵 国玺 《日用化学工 业 ，6，T(1989) 赵国筮t 《表面活性jf6物理化学》， 北京大学出 版社 ，241(1984) 向(20)． 8 g 年 互 口 【1 宅 。 _) I三 ¨ " ¨ 伸 卸 n 维普资讯 http://www.cqvip.com