粘弹性蠕虫状胶束及其应用

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1、万方数据·24·高分子通报2007年8月粘弹性蠕虫状胶束及其应用胡忠前。，马喜平，王红，杜剑(西南石油大学化学4e．．r-学院，成都610500)摘要：介绍了粘弹性蠕虫状胶束的形成、类型、基本性质及其应用情况。粘弹性蠕虫状胶束具有重要的微观结构，因其特殊的流变性能而在不同领域具有重要应用。最近，蠕虫状胶束的结构和动态性质的研究已经延伸到不同类型的表面活性剂，如阴离子、两性离子和聚合物表面活性剂。目前，其应用领域已经拓展到油田、社区冷热流体的减阻、个人护理和家庭清洁产品的增稠剂等方面。关键词：蠕虫状胶束；粘弹性；油田化学

2、；减阻剂；增稠剂表面活性剂在达到CMC时开始形成球状胶束，在适宜的条件下(如温度、含盐量等)，迸一步增加其浓度，球状胶束就可能沿非轴向增长形成热力学平衡态聚集体——柔性蠕虫状胶束⋯，其增长受两种因素竞争控制心】。一是混合熵；另一因素就是分离能。针对带电胶束而言，其剪切能由两部分构成：表面电荷的排斥能和尾基能(endcapenergy)。其中，排斥能有助于尾基分布于整个圆柱形区域，而尾基疏水能则促使胶束增长。胶束增长还受头基亲水性和附近反离子熵增的影响bj。形成胶束的表面活性剂可以是阳离子型的、阴离子型的、也可以是非离子

3、型的。一般认为，在粘弹性胶束形成过程中的作用力主要为以下三种i疏水作用、静电力、阳离子．，r键相互作用。蠕虫状胶束的堆积参数P约为1／2，其中，P=t，，(以)。秽为疏水基的体积；口为亲水基横截面积；Z为疏水基长度⋯。有效头基截面积(口)受溶液中添加剂的影响。．1蠕虫状胶束的结构与动态特征‘43在稀表面活性剂溶液中，通常只显示极弱的粘弹性效应，但升高表面活性剂浓度时，这种现象就变得更为明显。在过去的数年中，静态和动态光散射、电子双折射、NMR、流变性测试、动力学实验、小角中子散射和电子扫描图谱等实验技术的实验结果都表明

4、在此区域内，伸长的、线状聚集体的存在，形成的胶束通常称之为“活性聚合物”(1ivingpolymer)，其“聚合物链”易可逆分离和重新结合。这种各相异性的聚集体又称之为假聚合物或蠕虫状胶束。胶束的长度依赖于表活剂的浓度、温度和溶液中的离子强度。其中，离子表面活性剂体系中影响胶束增大的因素有以下几个方面b1：(1)胶束增大趋势随烃基链长明显增加，短的烃链胶束不增大；(2)胶束增大与体系温度有很大关系，降低温度将大大促进胶束增大；(3)反离子对胶束增大的影响非常显著；(4)胶束尺寸随表面活性剂浓度增加而显著增大；(5)相对

5、于小的球型胶束，大的胶束具有多分散性；(6)胶束对体系中的共溶质很敏感，加大盐将促进胶束增大。非极性增溶分子倾向于制约胶束增大，而醇或芳香化合物处于胶核外围，则倾向于强烈诱导胶束增大。胶束最长可达数微米，这导致了很低的表活剂缠结门限，有时，0．01mol／L的低浓度表活剂溶液就足以产生胶束交叠。另外，在亚浓区域内，存在两种极端情况，一是由于表面电荷的排斥力的存在，强聚电作者简介：胡忠前(1982．)，男，安徽池州人，西南石油大学2004级硕士研究生，研究方向为油田开发用水溶性聚合物和表面活性剂的研究与应用。。通讯联系人

6、．万方数据第8期高分子通报·25·解质高度分散在低离子强度的溶剂中，此时，线状胶束表现出刚性粒子的行为；而当存在高的过量盐浓度时，由于胶束表面电荷被周围的反离子所蔽，电荷排斥作用很弱，此时，线状胶束可以象蠕虫一样柔顺。可以用胶束由刚性转变为柔性的临界尺寸．持久长度(persistencelength)表示线状胶束的硬度。当胶束长度大于lP时为柔性；小于lP时为刚性棒状。其典型值为10一lOOnm。其值受到盐浓度、反离子结构等因素的影响吲。图1缠结和分叉胶柬网络示意图Figure1Sketchmapofentangled

7、andbranchedmicellesnetwork如图1所示，在亚浓区域，伸长胶束发生重叠，其粘弹性行为和柔性聚合物类似，然而，一个重要区别就是前者能够分离并能重新恢复，其松弛时间取决于体系组成及其物化条件。在CMC以上形成的胶束是波动的动态粒子，它们不断地改变着尺寸和形状，这种动态性质可用两种不同的松弛机理描述：(1)胶束间的表面活性剂单体分子的交换；(2)胶束的聚结与分离。前者在稀浓度区域占优，后者在高浓度区域是引起胶束结构破坏的主要因素。与表面活性剂单体分子简单扩散不同，后者涉及到复杂的分子重排，所需时间较长。

8、胶束溶液的流动导致各相异性棒状胶束取向并减少了缠结密度，此时，其流变行为类似于高分子亚浓溶液，这是粘弹性胶束减阻的根本原因。除此之外，表活剂溶液在流动时还能改变聚集结构，形成了一种只有在速度梯度下才能稳定的新的结构——剪切诱导结构(sIS)，如胶囊、线性相、凝胶结构、液晶和片环。当搅拌停止时，新结构衰退并重新恢复静态。剪切诱导现象