高分子聚合物对氧化铝悬液的稳定性影响.docx

高分子材料概论-在氧化铝表面上，聚合物官能团的类型在薄膜结构形成上的作用■■■■悬浮液稳定性学院：材料学院 专业：材料工程 姓名：刘佳林 学号：143120311Vt-［亠 r£zt 文早信息：2012.6.13 收录摘要我们对聚合物功能组和溶液pH值影响胶体水氧化铝悬浮液的稳定进行了研 究我们用两种非离子聚合物:聚乙二醇(PEG)、聚氧化乙烯(PEO)和两种离子聚 合物:聚丙烯酸(PAA),聚丙烯酰胺(PAM)、聚乙烯醇(PVA)进行了相关实验，并依 据以下方法进行的实验：比浊法(稳定测量)，分光光度法(测量聚合物吸附)， 粘度测量法(聚合物吸附层厚度)，电位滴定法(固体表面电荷密度)和微电泳 法(电动电势)对于氧化铝悬浮液而言，在pH值为9时的阴离子聚丙烯酸是 最有效的稳定剂和在pH值为3时为絮凝剂与其它已经经过检验的聚合物的官 能团相比，在表面活性上，它的羧基团拥有最大的亲和力(指吸附性)而聚乙 二醇(PEG)、聚氧化乙烯(PEO)聚乙烯醇(PVA)中的羟基和聚醋酸乙烯酯中的醋 酸，却对氧化铝表面显示更低亲和力(可以忽略的吸附性)和最低限度地影响氧 化铝系统的稳定性聚合物薄膜的结构；聚合物官能团；架桥絮凝；空间稳定作用；高分子构象; 氧化铝1.介绍水溶性聚合物在稳定絮凝过程中使用的巨大可行性促使在聚合物关于固态/ 液态界面吸附机理的研究的进行［1-6］。

在生产高质量的陶瓷、化妆品、油漆 和塑料测定分散系统的稳定性条件是非常重要的相比之下，在要求快速分离的 分散粒子的过程中，胶体系统的不稳定是可取的，即在纸浆行业,利用工业废物 在水中悬浮体的形式进行的水净化和矿物浮选这些属性的聚合物被用于许多其 他领域如食品、制药、汽车和电子行业［7-15］聚合物链可以修改胶体粒子的 表面性质导致其稳定（立体稳定）或不稳定（架桥絮凝,电荷中和）高度分散系统的稳定性不仅取决于聚合物的吸附量，还主要取决于吸附在固 体表面的构象和没有吸附的散装（损耗交互的）大分子在许多聚合物链构象的 影响因素中，最重要的是聚合物的官能团的类型出于这个原因，本研究的目的是 比较离子聚合物（聚丙烯酸、聚丙烯酰胺、聚乙烯醇）和非离子聚合物（聚乙二醇， 聚氧化乙烯）在氧化铝悬浮液中吸附过程的稳定性由于它们没有毒性，这些聚合 物被使用在许多日常的必备品，包括化妆品和药品另外，在水净化过程，它们 有共同的应用，就是作为有效的絮凝剂在本次研究中，所选取的聚合物在氧化铝悬浮液中存在的稳定性结果被收集 和比较基于吸附的结果，并经过粘度和电动测量，我们得出系统稳定（或不稳 定）的机制取决于聚合物官能团的类型。

2.实验「-AL2O3在实验中被用作吸附剂由BET方法（表面面积加速仪器）可得, AL2O3的比表面积为155 m2/g，粒子的平均尺寸为469nm（通过电泳测量，3000- 莫尔文仪器）该固体用双蒸馏水以除去以无机离子的形式存在的杂质洗涤过 程中以小于2卩s /cm以达到上清液的电导率下面大分子化合物被用作吸附物：非离子聚合物：聚乙二醇-（PEG），聚环氧乙烯-（PEO）离子聚合物（阴离子）：聚丙烯酸-（PAA），聚丙烯酰胺（PAM），聚乙 烯醇（PVA）对它们的详细特征列于表1Table 1Characteristics of maaromolecukr compounds.Polymer匚ini cal hi m u laWeight average molecular weightThe percentage of different lypes of funcrional groups in the macromolecule (%)PEGHO - CH2 -[ CH2-0 -C H2 )rt -2000100PEOch2-oh218.000-□H: 100PAA-[CH3-OOHDrt-2000-COOH： 100240.000-COOH： 100PAM-[CH2-匸 HK onh2]-1500-NH2: 907CHfCOOHJlrt--COOH:10.000-conh2：呂宝&-COOH： 144PVA-[CH3-匚22.000-OH： 97.5CHfOGX：-OCTOh： 2538.000-OH: 97.5-OCTOh： 25EG和PEO都是环氧乙烷的聚合物，但在术语中PEG指聚合物分子以重量 小于20000克/摩尔存在，而PEO分子量是大于20000克/摩尔的。

它们都是非离 子聚合物，它们的大分子官能团没有离解能力，在分子链的两端有环氧官能团 （-O-）和羟基官能团每一段的聚丙烯酸（PAA）包含一个羧基组，这些群体在pH值增加时进行分 离PAA的PK值为4.5[16],这意味着在pH值4.5时，有一半羧基组存在电离 的形式（解离度（adis）0.5）在PH为3,解离度为0.03，同时，在PH为6时，解离度为 0.97,，当PH为9时，解离度为0.99聚丙烯酰胺（PAM ）的大分子含有两种类型的官能团，即酰胺基和羧基的， 而生产该化合物的过程中，羧基团是由多个酰胺基团水解得到的在研究中所用 聚合物水解的程度是：PAM1500 - 9.3%和PAM10,000 - 14.4%这些水解度与羧 基团一致，可电离，这与酰胺基不同它们在PH值上升的时候发生了解离，和 上述的PAA类似聚乙烯醇（PVA）经常被当做非离子聚合物但这并不准确，因为在实际中， 该化合物不能100%水解与羟基团（-OH）相比，PVA大分子含有少量乙酸酯 基团（-O-OCH3）这些基团保留在聚合物链中，不完全水解成羟基集团在本 次研究中的PVA的水解度为97.5%，也就是有2.5%的乙酸酯集团没有转变为羟 基集团。

乙酸酯集团随着PH的增加发生了电离，使PVA带了负电荷这种电 离机制比较复杂，反应方式如下：所有测量均在pH范围3-10,温度为25°C下进行以浓度为1X 10-2mol/dm3 的NaCl为支持电解质在有或没有聚合物的条件下进行的氧化铝稳定性测试，使用了浊度仪和冷却 器这些装置和计算机相连，可以储存链接和数据处理这种结果以曲线的方式 给出，这种曲线由传输和后向散射响度的时间函数给出每次稳定性测量是15 小时，单个扫描是15分钟一班由于这种传输和后向散射曲线在文献［18-21 ］中 详细分析了，这份手稿局限于给予稳定系数，而这个系数却是很好地表征胶体体 系的属性稳定性指数（TSI）考虑到所有进程在示例中包括的沉积物和明确的厚度层 以及粒子沉降这一系数与特殊的计算机程序由下面的公式计算where &亠 average back sea it ering for each minute of measurement, Xbs - average g and n - number of scans.这个TSL数值在0-100浮动，数值越高，贝U此系统越不稳定在静态下，我们做了聚合物吸附测量，这种测量是在聚合物浓度范围为 10-200ppm下完成的，我们用了 0.04g的A12O3。

聚合物的吸附量是由吸附前溶 液的浓度和吸附后的差值得到的通过分光光度计，我们可以得到此浓度为此 目的，所研究的聚合物与各种试剂产生的反应所造成的云量或颜色不同表现，在 此方案中得到了使用这就是：PAA和PAM与季铵盐［22］，PEG和PEO与单宁 酸［23］，PVA与碘和硼酸［24］聚合物吸附层的厚度是由粘度测定方法来确定［25］固体颗粒的半径的增加 是由于聚合物的吸附，在悬浮液中这种吸附表现为固相体积分数的增加由爱因 斯坦方程可得，这种固相体积分数和悬浮液的相对粘度有关探究体系的粘度是 由旋转流变仪（波林仪器）测定的吸附和粘度的测量结果，是五个独立测量得到的平均值（测量误差不超 过 5%）氧化铝表面电荷密度的缺失与存在是由电位滴定法测定聚合物和使用适当 的程序确定的有聚合物和没有聚合物的悬浮液的Z （zeta）电位是由马尔文仪 器测得，使用的是微电泳方法每个zeta电位测得的结果是三次独立测量的平 均值，而且，每个独立的测量值是由五次测量相同的样品得出的，测量误差不超 过2%3.结果与讨论3・1在含有不同类型官能团聚合物的情况下，氧化铝悬浮液的稳定性以目前聚合物型氧化铝悬浮液的稳定一絮凝特性的影响，确定了所要研究高 分子化合物三氧化二铝系统的稳定性系数（TSI）显示在图1 一 4。

卜记.L TSI stability coefficients for AI2O3 suspension in the absence and presence of PAA Cp = 100 ppm.Hg. 2、TSI Etability coefficients for AI2O3 suspension in the absen匚已 mnd presence af PAMr Cp = 100 ppm.Fig.工 TSI stability coefficients For AI2O3 suspcnsi on in the absence and presence aTFig. 4t TSI stability coefficients for AIjO3 suspension in the absence and presence of PVAP Cp = 100 叩皿基于此，我们发现离子聚合物的链条的电离取决于溶液的PH值，并考察了 其稳定性条件的影响通过动态浊度法定量测量三个ph值，即3、6和9 ± 0.1 对这些数据的分析表明，该聚合物的性质显著影响所研究的体系的稳定性阴离 子丙烯酸（图1）的存在，既ph值为3和9时，它对氧化铝悬浮稳定性影响最 大。

在PH为3时，聚合物严重破坏了氧化铝悬浮液的稳定性，而当PH升到9 时，它又能改善悬浮液的稳定性（数据与仅有NaCl为支持电解质的样本作横向 比较）相反，PAM的增加却使溶液的悬浮稳定性得到很小的改变，相对PAA而言, PAM包含了更少数量的羧基（9-14%）而通过图3,4的TSI数据，我们可以看到，PEG,PEO,PVA对悬浮稳定性的影 响更是微乎其微,它们的出现只是使氧化铝悬浮液的稳定性在所有情况的PH下， 产生了微小的跌幅为了解释这种加入聚合物对氧化铝悬浮液的稳定性产生的变化，我们有必要 确定聚合物吸附在固体表面的机理基于这个原因，下一节介绍了聚合物吸附量 的分析和其吸附层厚度作为ph值的函数3.2在不同pH值溶液中，氧化铝表面上各种类型的聚合物吸附层的结构不同官能团的聚合物的吸附数量和溶液PH的关系见表2分析这些数据可 以得到含有羧酸基团（-COOH）的PAA（聚丙烯酸），对氧化铝表面拥有最强 的亲和力在这起实验中其吸附数量是最大的而稍少点的是PAM（聚丙烯酰 胺），它含有9-14%的羧基集团这表明了羧基集团对氧化铝表面活性有最强的 亲和力而PEG （聚乙二醇），PEO （聚环氧乙烯）在整个研究的PH范围内， 表现低的吸附性。

因此，羟基（-OH），环氧基（-O-）和乙酸（-O-COCH 3）基 团对氧化铝表面有低的亲和力另外，对表2的进行数据分析还可以得出，PAA，PAM，PEG，PEO对氧化 铝表面的吸附数量随着PH的增加而减少然而，后两者（聚乙二醇和聚环氧乙 烷）的这种减少比较轻微这种吸附的表现是非离子聚合物典型的表达，它们的 官能团不具备分离的能力它们的大分子链的两端包括环氧。