表面活性剂对亲水性颗粒悬浮液流变性的影响

马倩(长治学院，山西 长治 046011)

0 引言

表面活性剂的本质是一种有机化合物，由于这种有机化合物的结构十分特殊，所以在功能上也表现出了一系列的独特性，由于表面活性剂分子具备两亲性，所以该分子能够吸附在材料表面上，也正是因为如此，固体颗粒的润湿性表面电荷等一系列的物理化学性质才能够发生改变，在针对悬浮液进行调节过程中，利用表面活性剂溶液，由于悬浮液中的各种成分所承担的作用十分重要，不仅与颗粒之间产生了相互作用，更重要的是与颗粒分子之间也产生了影响。

1 不同类型表面活性剂对悬浮液宏观状态的影响

在对表面活性剂对亲水性颗粒悬浮液的流变性能的影响进行研究的过程中需要采用不同类型的表面活性剂来证实其结果，这三种不同的表面活性剂放在实验台上，同时制备好悬浮液，用相机对悬浮液的形象进行拍摄，从实验结果中能够发现，利用不同的表面活性剂，玻璃杯中悬浮液的宏观形貌就会产生不同的种类，而伴随阴离子表面活性剂十二烷基苯磺酸钠(SDBS)质量分数的不断增加，玻璃微珠意味着悬浮液的状态，也在产生着不断的变化，但是阳离子型CTMAB和非离子型Brij对于玻璃杯中悬浮液的宏观形貌改变并不大[1]。

2 表面活性剂对悬浮液黏度的影响

如图1所示为悬浮液黏度测量过程中采用旋正流变仪的测量结果。用CTMAB溶液制备玻璃微珠悬浮液时，悬浮液的黏度增加，但是用活性剂的质量分数对于悬浮液的黏度而言并没有产生大的影响，Brij溶液不会对亲水性玻璃微珠悬浮液的黏度造成太大的影响[2]。

图1 表面活性剂的质量分数对于玻璃微珠悬浮液黏度的影响

3 表面活性剂对悬浮液Zeta电势的影响

为了研究种类不同的表面活性剂对玻璃微珠悬浮液流变性造成影响的原因，可以通过Zeta电势对悬浮液做出测试，如图2所示就是实验的结果[3]。这样的结果说明了，阴离子表面活性剂加入到悬浮液中，会在电离下出现阳离子，阳离子与负电荷之间实现了完全中和，于是，Zeta电势由负变正。Zeta电势为正后，表面活性剂的质量分数在增加过程中，伴随变化幅度的减小，表示颗粒表面吸附阳离子的同时也开始吸附带负电的阴离子，在玻璃微珠悬浮液制备过程中，利用阳离子表面活性剂溶液可以从结果中发现悬浮液的Zeta电势不断地增大，但最终仍然为负。这意味着正电荷会对玻璃杯中带电的负电荷表面进行吸附，而悬浮液中带有正电，除了电离出来的阳离子以外还有表面活性剂相关的胶束，为此还需要通过进一步实验来进行判断。

图2 表面活性剂的质量分数对于玻璃微珠悬浮液的Zeta电势的影响

4 利用表面活性剂溶液制备的悬浮液的微观结构

对颗粒表面微观形态的研究能够进一步分析导致颗粒表面电荷变化的因素。如图3所示，在亲水性玻璃微珠悬浮液中添加疏水性荧光染料尼罗红，在利用激光共焦距显微镜进行观测，因为尼罗红只有在疏水环境中才能够散发荧光，而在悬浮液中具有疏水内核和亲水外核的胶束是仅有的疏水环境[4]。所以所观测到的荧光皆为尼罗红染料胶束。而在添加了阴离子表面活性剂溶液的玻璃微珠悬浮液中，荧光主要集中在颗粒周围，这代表着胶束被吸附或聚集在颗粒周围[5]。

而试验悬浮液Zeta电势结果显示，其电势因阴离子表面活性剂质量分数的提高而增大。其原因主要在于表面活性剂的作用下阴离子被电离出了阳离子对部分电荷起到了中和作用，这一状态下的颗粒表面带有负电，与静电斥力作用下的颗粒之间进出排斥的状态。当负电荷全部被中和，且阳离子被吸附于颗粒表面后，颗粒表面由负电转变为正电，此时，因静电吸引力颗粒与阴离子表面活性剂胶束间呈相互吸引状态。而相互吸引的过程中，悬浮液的颗粒会逐渐由于胶束的作用而形成网状结构，逐渐促使悬浮液转变成类似膏体的状态[6]。

与此同时，阴离子表面活性剂质量分数在提高的过程中颗粒表面所吸附的阴离子表面活性剂离子数量与质量分数呈现正相关，这对于颗粒空间位阻的提高起到了促进作用，悬浮液将会再次转变为类似液体状态。在进行玻璃微珠悬浮液制备时，其各物质相互作用情况会因加入阴离子表面活性剂溶液质量分数的差异而存在区别。

在进行亲水性颗粒悬浮液制备时加入阳离子表面活性剂与非离子表面活性剂，分析可发现，二者对于悬浮液的宏观状态并不会造成明显的影响，通过观测悬浮液微观结构也证明了这一结论[7]。

5 结语

在工业生产与日常生活中经常会出现悬浮液的身影，而其流变性是影响悬浮液性能的重要因素之一。在研究亲水性颗粒悬浮液流变性时，表面活性剂对其的影响是不容忽视的，因此工业领域应加强对表面活性剂对亲水性颗粒悬浮液流变性影响的研究[8]。

通过实验与分析不难发现，第一，亲水性颗粒悬浮液不能利用不相溶的胶束构造毛细管悬浮液。通过制备玻璃微珠悬浮液对比三种类型表面活性剂溶液对亲水性颗粒悬浮液流动性的影响，其中能够造成明显影响的仅有阴离子表面活性剂十二烷基苯磺酸钠，阳离子和非离子表面活性剂对其流动性不会产生显著影响。第二，在进行玻璃微珠悬浮液制备时，随着加入的阴离子表面活性剂十二烷基苯磺酸钠质量分数的提高，会使悬浮液由类似液体状态转变为类似膏体状态再转变为类似液体状态。而该活性剂所电离出的阳离子会被吸附于颗粒表面导致颗粒表面Zeta电势产生由负变正的转变。受到静电的相互吸引，阴离子表面的活性剂和正电颗粒形成网状结构，改变了悬浮液的外貌和状态，但如果表面活性剂的质量分数超过0.4%，带负电的阴离子表面活性剂分子也会被吸附，此时网状结构会因空间位阻的提高而被破坏，从而使悬浮液再次转变为类似液体状态。第三，在进行玻璃微珠悬浮液制备时，加入阳离子表面活性剂，其中带正电的阳离子表面活性剂分子会被吸附于颗粒表面，当颗粒与胶束间空间位阻上升时，颗粒间以及颗粒与胶束间的相互作用将会降低。而加入非离子表面活性剂时，胶束与颗粒间不会发生静电相互作用。因此二者对于悬浮液的流动性都没有明显影响。