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(duì)于液體洗滌劑等高表面活性劑含量產(chǎn)品,其液晶態(tài)對(duì)產(chǎn)品加工、運(yùn)輸及儲(chǔ)存穩(wěn)定性等都有非常大的影響.研究其流變性能無論是對(duì)于設(shè)計(jì)化工過程的單元操作,還是控制產(chǎn)品質(zhì)量都有比較重要的意義.可以發(fā)表印染論文的期刊有《印染助劑》報(bào)道紡織印染助劑新品種的研制與開發(fā)成果，介紹印染助劑生產(chǎn)新工藝、新技術(shù)及分析測(cè)試新方法。讀者對(duì)象為從事印染助劑研究、生產(chǎn)的科技人員、技術(shù)工人和相關(guān)專業(yè)的大專院校師生。獲獎(jiǎng)情況：江蘇省優(yōu)秀期刊;首屆江蘇期刊方陣雙效期刊;第三屆華東地區(qū)優(yōu)秀期刊。

　　不同濃度表面活性劑溶液的性質(zhì)會(huì)有很大區(qū)別,通常由稀到濃主要出現(xiàn)3種狀態(tài),即單分子溶液,膠束溶液和液晶態(tài),而不同的液晶態(tài)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(diǎn),有利于洗滌劑在寒冷地區(qū)使用.非結(jié)構(gòu)液洗配方處于表面活性劑和水相圖的膠束區(qū).結(jié)構(gòu)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(yōu)良的產(chǎn)品.目前國(guó)內(nèi)對(duì)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(yáng)離子表面活性劑等單一表面活性劑,對(duì)表面活性劑復(fù)配體系的研究多限于稀溶液[2].而本文側(cè)重研究的是表面活性劑復(fù)配體系的濃溶液區(qū)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(chǔ)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(duì)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(qū)域和各種液晶特點(diǎn)以及變化規(guī)律.

　　1試驗(yàn)

　　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(yè)品,中國(guó)石化金陵公司烷基苯廠)在體積分?jǐn)?shù)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(cè)定有效含量為94.45%;AEO-7(工業(yè)品,中國(guó)石油天然氣股份有限公司吉林石化分公司);去離子水(中國(guó)日用化學(xué)工業(yè)研究院中試車間).儀器:電子天平(±0.0001g),沈陽(yáng)龍騰電子稱量?jī)x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(yīng)力流變儀,德國(guó)HAAKE公司;超級(jí)恒溫器,上海市實(shí)驗(yàn)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(yàn)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(zhì)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(yīng)的偏光紋理圖像.準(zhǔn)確記錄在相變時(shí)所加溶劑的質(zhì)量(精確到±0.0001g),計(jì)算出相變時(shí)各組分的含量,在LAS/AEO-7/C2H5OH/H2O擬三元體系相圖中找出相應(yīng)的點(diǎn),畫出相區(qū).在相邊界附近配制幾個(gè)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(jié)構(gòu).

　　1.2.2流變性測(cè)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(cè)試溫度控制在(25.0±0.1)℃,測(cè)試前將樣品25℃恒溫25min.先固定頻率為1Hz進(jìn)行應(yīng)力譜掃描,確定體系的線性粘彈區(qū),而后選擇線性粘彈區(qū)內(nèi)的某一應(yīng)力值進(jìn)行頻率譜掃描.

　　2結(jié)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(gè)頂點(diǎn),即相圖的一個(gè)頂點(diǎn)為質(zhì)量分?jǐn)?shù)10%的C2H5OH水溶液.可以看出,相圖基本分為固體相區(qū)S、增溶水的AEO-7區(qū)L1′、層狀相液晶區(qū)La、六角相液晶區(qū)H、膠束溶液區(qū)L1和膠束溶液與層狀相液晶共存區(qū)L1+La.相圖中的六角相區(qū)較小,層狀相液晶區(qū)和膠束區(qū)較大.圖2a、2b分別為表1中3號(hào)、4號(hào)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(jié)構(gòu).4號(hào)樣品的粘度較大且樣品倒立不流動(dòng),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(hào)樣品為稀溶液,在偏光顯微鏡下為暗場(chǎng)且粘度較小,可以判定為膠束溶液.2號(hào)樣品靜置后分層,取上層清液在偏光顯微鏡下為暗場(chǎng),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(dòng)曲線在膠束溶液區(qū)域內(nèi)選取1號(hào)樣品進(jìn)行切變速率掃描試驗(yàn),得到應(yīng)力σ和切變速率γ的關(guān)系曲線,如圖4所示.試驗(yàn)數(shù)據(jù)點(diǎn)通過擬合所得的線性回歸方程為Y=0.0309X-0.0067,相關(guān)系數(shù)為R2=0.99987.該直線符合牛頓型流體的特點(diǎn),說明該體系的膠束溶液區(qū)屬于牛頓型流體.圖5是3號(hào)樣品(層狀液晶)的粘度隨切變速率的變化情況,呈現(xiàn)剪切變稀的性質(zhì),是典型的塑型流體.圖5的變化趨勢(shì)與MontalveG[8]5023報(bào)道相似.

　　2.2.2體系粘彈性質(zhì)為了確定體系的線性粘彈區(qū),在固定頻率(1Hz)的條件下,測(cè)定了復(fù)合模量G*隨應(yīng)力的變化,得出樣品結(jié)構(gòu)被破壞時(shí)的臨界應(yīng)力σc.σc值越大,表明體系抗切應(yīng)力的能力越強(qiáng)[9]406.圖6為2種液晶體系中3號(hào)、4號(hào)樣品的應(yīng)力掃描曲線,從圖6中可得到2種液晶體系的復(fù)合模量G*和臨界應(yīng)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(yīng)力能力大于層狀相液晶.2種液晶相的線性粘彈區(qū)域也有區(qū)別,六角相為0.3~80Pa,而層狀相的為0.3~6Pa,頻率掃描時(shí)的應(yīng)力需落在該區(qū)間內(nèi)[10].體系粘彈性需應(yīng)用頻率掃描進(jìn)行測(cè)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(yīng)力或應(yīng)變的響應(yīng),僅為時(shí)間的函數(shù)[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(chǔ)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(shí)間.在線性粘彈區(qū)內(nèi)選擇一定的應(yīng)力值(5Pa)進(jìn)行頻率掃描,得到2種液晶樣品的G′、G″和復(fù)合粘度η*隨ω變化的關(guān)系曲線,見圖7(4號(hào)樣品)、圖8(3號(hào)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(shí),G″>G′,說明體系以粘性為主.隨后2條曲線相交,其交點(diǎn)頻率為ωc=1.5rad/s,稱為物質(zhì)的特征頻率.當(dāng)頻率大于ωc時(shí),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(xiàn)出以彈性為主.比較圖7、8可知,在測(cè)定的應(yīng)變范圍內(nèi),層狀相液晶的粘度小于六角相.這是由于層狀相液晶的結(jié)構(gòu)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(dòng),因此,其屈服值比較低.而六角相液晶的粘度相對(duì)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(dòng),其余方向運(yùn)動(dòng)時(shí)需要克服位阻[11].從頻率掃描得到層狀相液晶的粘彈性質(zhì)可知,在測(cè)定的角頻率范圍內(nèi),G′>G″,而復(fù)合粘度η*幾乎呈線性下降,其結(jié)果與CTAB/benzylalcohol/H2O[8]5024體系的層狀相液晶的曲線相似.由此可進(jìn)一步說明3號(hào)樣品是層狀相液晶.層狀相液晶在很寬的頻率范圍內(nèi),其G′與ω的對(duì)數(shù)呈線性關(guān)系,可用下列方程描述[12]91:G′=A+Blgω.以3號(hào)樣品的數(shù)據(jù)作圖可得圖9,從直線斜率和截距得到參數(shù)A=330,B=83.5,B/A=0.253.據(jù)文獻(xiàn)[12]92報(bào)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(lián)程度.B/A值越小,層間交聯(lián)程度越大.另外,在層狀相液晶中得不到松弛時(shí)間[13],原因是層狀相液晶在屈服值應(yīng)力作用下,體系結(jié)構(gòu)已經(jīng)被破壞.

　　3結(jié)論

　　(1)當(dāng)體系組成沿著圖1中1→3這條線改變時(shí),其相結(jié)構(gòu)是膠束溶液→層狀相液晶和膠束溶液混合區(qū)→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(qū)和膠束溶液區(qū)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(fù)合模量和臨界應(yīng)力值大于層狀相液晶.(3)振蕩試驗(yàn)中,在所考察的角頻率范圍內(nèi),六角相液晶的儲(chǔ)能模量G′曲線和損耗模量G″曲線出現(xiàn)交點(diǎn),在低頻率時(shí)體系以粘性為主,高頻率時(shí)體系以彈性為主.六角相液晶和層狀相液晶體系的復(fù)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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