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嵌段比例對溫敏聚合物表面張力的影響及臨界膠束濃度分析（五）
來源：《高分子材料科學與工程》 瀏覽 38 次 發(fā)布時間:2025-12-11
2.4.3 P(NIPAM-b-DMMPPS)的表面活性
在25℃下，不同濃度的P(NIPAN-b-DMMPPS)溶液表面張力的變化曲線如Fig.12所示。P(NIPAN-b-DMMPPS)嵌段共聚物具有自發(fā)吸附在水溶液表面的能力，這一特性使得它們能夠有效地降低溶液的表面張力。在極低濃度下，聚合物分子在溶液中的數(shù)量較少，因此其表面張力接近于25°C時純水的表面張力，即72 mN/m。隨著P(NIPAN-b-DMMPPS)的濃度逐漸增加，從1x10?3g/L增加到1x10?2g/L，其在水溶液表面的吸附量逐漸增加，導致表面張力逐步下降。當濃度達到1x10?2g/L時，吸附在溶液表面的表面活性劑分子達到飽和狀態(tài)，此時表面張力曲線出現(xiàn)明顯的拐點。繼續(xù)增加濃度，溶液的表面張力基本保持不變，表明達到了臨界膠束濃度(CMC)。對于PN_40，PN_50和PN_80這3種不同比例的P(NIPAN-b-DMMPPS)嵌段共聚物，它們在25℃的臨界膠束濃度均約為1x10?2g/L。這一結(jié)果表明，PNIPAM和PDMMPPS2種鏈段的比例對臨界膠束濃度的影響不大，說明聚合物的界面活性主要取決于其他結(jié)構(gòu)因素，而非鏈段比例的差異。
2.4.4 P(NIPAM-b-DMMPPS)的乳化-破乳行為
選用PN_80和PN_50進行乳化性能測試，以石蠟油為模擬油，配置質(zhì)量分數(shù)分別為0.1%，0.01%和0.001%的表面活性劑水溶液，以油水比1:1組成油水體系，乳化結(jié)果如Fig.13所示。在65℃時，探討不同濃度的PN_50表面活性劑溶液形成乳液的能力時，觀察到質(zhì)量分數(shù)為0.1%和0.01%的溶液都能形成穩(wěn)定的乳液，而質(zhì)量分數(shù)為0.001%的溶液則不能形成穩(wěn)定的乳液。這一現(xiàn)象可以通過分析表面活性劑分子在界面上的分布和作用來解釋。首先，表面張力測試結(jié)果表明，在較高質(zhì)量分數(shù)(0.1%和0.01%)下，PN_50表面活性劑能夠有效地降低水的表面張力，這是因為表面活性劑分子能夠在水和油的界面上形成一層致密的膜，從而降低界面張力，促進乳液的形成和穩(wěn)定。在這種濃度下，表面活性劑分子的數(shù)量足夠多，可以完全覆蓋在分散相液滴的表面，形成一層保護性的膜，阻止液滴之間的合并。然而，當質(zhì)量分數(shù)降至0.001%時，表面活性劑分子數(shù)量顯著減少，不足以在界面形成連續(xù)且有效的覆蓋層。這導致無法有效降低表面張力，同時也無法防止分散相液滴之間的直接接觸和合并，因此無法形成穩(wěn)定的乳液。25℃時，PN_503種濃度表面活性劑溶液都能夠發(fā)生破乳。對于PN_80來說，65℃時，質(zhì)量分數(shù)為0.1%，0.01%，0.001%的表面活性劑溶液均發(fā)生了乳化，25℃時，各乳液均能發(fā)生破乳，通過比較發(fā)現(xiàn)，0.01%和0.001%2種表面活性劑溶液破乳效果更好。乳化實驗結(jié)果表明,在一定的濃度范圍內(nèi),PN_80和PN_502種溶液均能夠在65℃發(fā)生乳化,25℃發(fā)生破乳，體現(xiàn)了該嵌段表面活性劑具有良好的溫度誘導的乳化、破乳行為。
Fig.14展示了P(NIPAM-b-DMMPPS)形成乳液的機理圖,在25°C時,P(NIPAM-b-DMMPPS)雙嵌段聚合物的PNIPAM鏈段和PDMMPPS鏈段都處于親水狀態(tài)并且舒展開來，使得其能夠溶解在水中。因為在這個溫度時，PNIPAM鏈段的酰胺基與水分子之間形成了氫鍵，表現(xiàn)出親水性，而PDMMPPS鏈段親水性強，能與水分子相互作用，使整個聚合物分子充分溶解。當溫度升高到65°C時，PNIPAM鏈段的氫鍵在高溫時被破壞，導致其變得疏水并發(fā)生收縮;與此同時，PDMMPPS鏈段依然保持親水性并舒展開來。這種不同的溫度響應性質(zhì)使得P(NIPAM-b-DMMPPS)聚合物在水溶液中形成了以疏水的PNIPAM為核，親水的PDMMPPS為殼的微米級球狀膠體顆粒。在這種結(jié)構(gòu)形態(tài)下,當表面活性劑(即這種雙嵌段聚合物)與油混合并進行乳化時,疏水的PNIPAM核可以與油相容,而親水的PDMMPPS殼則可以與水相容,從而穩(wěn)定地分散在連續(xù)水相中。這樣，就形成了穩(wěn)定的乳液。
用PN_80進行乳化性能測試符合上述溫度響應機理。油水體系中，質(zhì)量分數(shù)為0.1%的PN_80溶液能夠在高溫形成乳液，在溫度降低至25℃時破乳，如Fig.15所示。此嵌段聚合物LCST在36°C左右，低溫時PDMMPPS鏈段疏水收縮，PNIPAM鏈段親水舒展，聚合物整體表現(xiàn)為親水性;當溫度升高至65℃,PDMMPPS鏈段親水舒展，PNIPAM鏈段疏水收縮，聚合物整體表現(xiàn)疏水性。
3.結(jié)論
以NIPAM,DMMPPS為原料，在a-溴代異丁酸引發(fā)劑作用下合成了系列溫敏嵌段共聚物P(NIPAN-b-DMMPPS)。最佳聚合反應條件為反應時間1h,混合配體比例為nMc6TREN:nPMDETA=1:1。電解質(zhì)離子對P(NIPAM-b-DMMPPS)表面活性劑溶液的LCST影響不大，隨著NaCl濃度的增大，3種嵌段比例的聚合物溶液其臨界互溶溫度總體都呈現(xiàn)略微下降趨勢，且都只有1個低臨界溶解溫度LCST。本文確定了P(NIPAM-b-DMMPPS)溫敏嵌段共聚物合成的最佳條件，揭示了電解質(zhì)、溫度、嵌段比例等因素對共聚物溶液LCST、乳化-破乳性能及臨界膠束濃度的影響規(guī)律，為理解和調(diào)控此類溫敏共聚物性能提供了科學依據(jù)，同時為該材料在如溫度響應型乳液體系、藥物控釋等領(lǐng)域的應用奠定基礎(chǔ)。