印染論文三元活性劑流變性

　　本篇印染論文探討三元活性劑對于液體洗滌劑等高表面活性劑含量產品,其液晶態對產品加工、運輸及儲存穩定性等都有非常大的影響.研究其流變性能無論是對于設計化工過程的單元操作,還是控制產品質量都有比較重要的意義.可以發表印染論文的期刊有《印染助劑》報道紡織印染助劑新品種的研制與開發成果，介紹印染助劑生產新工藝、新技術及分析測試新方法。讀者對象為從事印染助劑研究、生產的科技人員、技術工人和相關專業的大專院校師生。獲獎情況：江蘇省優秀期刊;首屆江蘇期刊方陣雙效期刊;第三屆華東地區優秀期刊。

　　不同濃度表面活性劑溶液的性質會有很大區別,通常由稀到濃主要出現3種狀態,即單分子溶液,膠束溶液和液晶態,而不同的液晶態又有不同的流變性能.1]在液體洗滌劑中添加5%~10%的乙醇,能夠降低洗滌劑的粘度和凝固點,有利于洗滌劑在寒冷地區使用.非結構液洗配方處于表面活性劑和水相圖的膠束區.結構液洗一般配制成層狀相液晶,使各種助劑可以被增溶在層狀相液晶中,利于制備出高固含量、性能優良的產品.目前國內對表面活性劑相行為研究比較全面而深入的體系是肥皂、月桂基硫酸鈉及一些陽離子表面活性劑等單一表面活性劑,對表面活性劑復配體系的研究多限于稀溶液[2].而本文側重研究的是表面活性劑復配體系的濃溶液區域.王紅霞[3-4]研究了H2O/LAS/Neodol25-9三元體系相行為及流變性.本文在此基礎上用偏光顯微鏡和流變儀研究了LAS/AEO-7/H2O體系的相行為,并研究乙醇對LAS/AEO-7/H2O體系相行為及流變性的影響.繪制了該體系的擬三元相圖,考察了相圖中的液晶區域和各種液晶特點以及變化規律.

　　1試驗

　　1.1試劑及儀器試劑:直鏈烷基苯磺酸鈉(LAS),由十二烷基苯磺酸(工業品,中國石化金陵公司烷基苯廠)在體積分數95%的乙醇(分析純,北京化工廠)中與氫氧化鈉(分析純,北京化工廠)中和制備,直接兩相滴定法(GB/T5173-1995)測定有效含量為94.45%;AEO-7(工業品,中國石油天然氣股份有限公司吉林石化分公司);去離子水(中國日用化學工業研究院中試車間).儀器:電子天平(±0.0001g),沈陽龍騰電子稱量儀器有限公司;帶偏振片的BHT型普通生物顯微鏡,日本OLYMPUS公司;RS75控制應力流變儀,德國HAAKE公司;超級恒溫器,上海市實驗儀器總廠;81-2型恒溫磁力攪拌器,上海司禾儀器廠.

　　1.2試驗方法

　　1.2.1相圖的繪制按m(H2O)∶m(C2H5OH)=9∶1將95%乙醇和水混勻作為溶劑.稱取m(LAS)∶m(AEO-7)=10∶0、9∶1、8∶2、7∶3、6∶4、5∶5、4∶6、3∶7、2∶8、1∶9、0∶10(總質量為1g)的表面活性劑于比色管中,分別逐滴滴加配制好的溶劑,并不斷攪拌.將樣品置于25℃恒溫水浴中,24h后在偏光顯微鏡下觀察加溶劑前后相行為的變化,拍照得到相應的偏光紋理圖像.準確記錄在相變時所加溶劑的質量(精確到±0.0001g),計算出相變時各組分的含量,在LAS/AEO-7/C2H5OH/H2O擬三元體系相圖中找出相應的點,畫出相區.在相邊界附近配制幾個溶液,封閉于玻璃管中,在25℃水浴中恒溫30d,確定其相型.參照RobertGL的方法[5]判斷相結構.

　　1.2.2流變性測定將配制好的溶液置于比色管中,室溫下攪拌均勻,在25℃水浴中恒溫30d,放到流變儀的樣品板上,采用C35/2°錐板傳感器,測試溫度控制在(25.0±0.1)℃,測試前將樣品25℃恒溫25min.先固定頻率為1Hz進行應力譜掃描,確定體系的線性粘彈區,而后選擇線性粘彈區內的某一應力值進行頻率譜掃描.

　　2結果與討論

　　2.1體系的相行為及偏光性圖1為25℃繪制出的LAS/AEO-7/C2H5OH/H2O擬三元體系相圖,乙醇和水[m(H2O)∶m(C2H5OH)=9∶1]共用擬三元相圖的一個頂點,即相圖的一個頂點為質量分數10%的C2H5OH水溶液.可以看出,相圖基本分為固體相區S、增溶水的AEO-7區L1′、層狀相液晶區La、六角相液晶區H、膠束溶液區L1和膠束溶液與層狀相液晶共存區L1+La.相圖中的六角相區較小,層狀相液晶區和膠束區較大.圖2a、2b分別為表1中3號、4號樣品的偏光圖像,圖3為各樣品外觀照片.圖2a為典型的十字花紋理,為層狀相液晶,王紅霞[6]也曾觀察到類似的偏光結構.4號樣品的粘度較大且樣品倒立不流動,在偏光顯微鏡下為條痕和扇形紋理,屬于六角相液晶[7]236.而1號樣品為稀溶液,在偏光顯微鏡下為暗場且粘度較小,可以判定為膠束溶液.2號樣品靜置后分層,取上層清液在偏光顯微鏡下為暗場,下層樣品為十字花紋理,說明其為層狀相液晶與膠束溶液共存.

　　2.2流變性能的研究

　　2.2.1體系流動曲線在膠束溶液區域內選取1號樣品進行切變速率掃描試驗,得到應力σ和切變速率γ的關系曲線,如圖4所示.試驗數據點通過擬合所得的線性回歸方程為Y=0.0309X-0.0067,相關系數為R2=0.99987.該直線符合牛頓型流體的特點,說明該體系的膠束溶液區屬于牛頓型流體.圖5是3號樣品(層狀液晶)的粘度隨切變速率的變化情況,呈現剪切變稀的性質,是典型的塑型流體.圖5的變化趨勢與MontalveG[8]5023報道相似.

　　2.2.2體系粘彈性質為了確定體系的線性粘彈區,在固定頻率(1Hz)的條件下,測定了復合模量G*隨應力的變化,得出樣品結構被破壞時的臨界應力σc.σc值越大,表明體系抗切應力的能力越強[9]406.圖6為2種液晶體系中3號、4號樣品的應力掃描曲線,從圖6中可得到2種液晶體系的復合模量G*和臨界應力值σc分別為六角相液晶25000Pa、80Pa,層狀液晶330Pa、6Pa.說明六角相液晶的抗切應力能力大于層狀相液晶.2種液晶相的線性粘彈區域也有區別,六角相為0.3~80Pa,而層狀相的為0.3~6Pa,頻率掃描時的應力需落在該區間內[10].體系粘彈性需應用頻率掃描進行測定,其行為可用各種模量變化曲線表示[9]406.線性粘彈性是指體系受到的應力或應變的響應,僅為時間的函數[9]406.Maxwell模型是反映體系線性粘彈性的理想模型[9]411,由該模型可以得出[7]240:G′/G″=ωτ,式中,G′為儲能模量;G″為損耗模量;ω為角頻率.以G′/G″-ω作圖可得一直線,該線的斜率是松弛時間.在線性粘彈區內選擇一定的應力值(5Pa)進行頻率掃描,得到2種液晶樣品的G′、G″和復合粘度η*隨ω變化的關系曲線,見圖7(4號樣品)、圖8(3號樣品).圖7為六角相液晶體系的頻率掃描曲線,G′、G″隨頻率增加而增加,但是增加速度不同.在低頻率時,G″>G′,說明體系以粘性為主.隨后2條曲線相交,其交點頻率為ωc=1.5rad/s,稱為物質的特征頻率.當頻率大于ωc時,G′>G″,說明體系以彈性為主[9]406.圖8為層狀相液晶體系的頻率掃描曲線.在頻率掃描過程中,G′幾乎不變,G′>G″,表現出以彈性為主.比較圖7、8可知,在測定的應變范圍內,層狀相液晶的粘度小于六角相.這是由于層狀相液晶的結構是由一層層雙分子層組合起來的,在外力作用下,層與層之間易滑動,因此,其屈服值比較低.而六角相液晶的粘度相對較大,原因是該類液晶由棒狀膠束單元緊密堆積而成,彼此間只能沿著軸向滑動,其余方向運動時需要克服位阻[11].從頻率掃描得到層狀相液晶的粘彈性質可知,在測定的角頻率范圍內,G′>G″,而復合粘度η*幾乎呈線性下降,其結果與CTAB/benzylalcohol/H2O[8]5024體系的層狀相液晶的曲線相似.由此可進一步說明3號樣品是層狀相液晶.層狀相液晶在很寬的頻率范圍內,其G′與ω的對數呈線性關系,可用下列方程描述[12]91:G′=A+Blgω.以3號樣品的數據作圖可得圖9,從直線斜率和截距得到參數A=330,B=83.5,B/A=0.253.據文獻[12]92報道,A值反映表面活性劑分子在層中排列的有序性,B/A反映增溶H2O相與層狀相的體積比,也反映層間交聯程度.B/A值越小,層間交聯程度越大.另外,在層狀相液晶中得不到松弛時間[13],原因是層狀相液晶在屈服值應力作用下,體系結構已經被破壞.

　　3結論

　　(1)當體系組成沿著圖1中1→3這條線改變時,其相結構是膠束溶液→層狀相液晶和膠束溶液混合區→層狀相液晶的變化過程.LAS/AEO-7/C2H5OH/H2O擬三元體系的層狀相液晶區和膠束溶液區面積較大,使液洗配方的選擇范圍增加.(2)膠束溶液屬于牛頓型流體,層狀相液晶為塑型流體.六角相液晶的復合模量和臨界應力值大于層狀相液晶.(3)振蕩試驗中,在所考察的角頻率范圍內,六角相液晶的儲能模量G′曲線和損耗模量G″曲線出現交點,在低頻率時體系以粘性為主,高頻率時體系以彈性為主.六角相液晶和層狀相液晶體系的復合粘度都隨角頻率的增加而降低,反映出剪切稀釋行為.

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