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基于界面张力弛豫法考察羟基取代烷基苯磺酸盐的界面扩张流变性质(二)

来源: 《天津工业大学学报》 浏览 99 次 发布时间:2024-12-09

2结果与讨论


2.1吸附膜的界面扩张弹性


弹性是表征界面吸附膜强度的最直观的数据。界面上吸附分子间存在相互作用,当外力作用在界面膜上时,界面膜产生形变,吸附分子间的距离发生变化,分子间相互作用力随之改变,界面膜弹性定量地描述了形变条件下的相互作用力变化程度。


2.1.1表面和界面扩张弹性的全频率谱


本文对界面膜施加扩张/压缩形变,监测了界面张力跃迁后的衰减特性,计算得到界面膜的弹性。C8C10溶液的表面和界面扩张弹性的全频率谱如图2所示。

图2 C8C10溶液的表面和界面扩张弹性的全频率谱


由图2可以看出,在实验浓度范围内,扩张弹性均随频率升高逐渐增大,直到达到平台值。这是由于对于吸附膜而言,有两种方式对抗外界施加的形变:①改变分子间距;②通过扩散-交换过程,改变界面吸附分子数量。若界面膜通过改变界面吸附数量的方式对抗形变,外界做的功就被耗散在环境中,界面膜不储存能量,弹性较低。极端条件下,外界施加的形变足够缓慢,扩散-交换过程在形变过程中充分发生,则形变后的界面组成与形变前相同,弹性为零;而如果形变足够快,界面与体相间不存在分子交换,外界做功全部转化为膜的弹性,此时的扩张弹性称之为极限扩张弹性ε0,其定义式为:

由式(5)可以看出,ε0定量表征界面分子数量(Γ)发生变化时相互作用力的变化程度,对于给定体系为常数。界面膜的扩张弹性数值一旦达到ε0,继续增大频率,则弹性不再增大。因此,对于任何吸附膜,其扩张弹性的全频率谱均为从零增大到ε0的曲线,曲线的特征通过弹性开始升高的频率ω1、ε0的数值和达到ε0的频率ω0描述,如图2(a)所示。


2.1.2浓度对ω1的影响


表面活性剂浓度对表面和界面扩张弹性全频率谱上ω1的影响如图3所示。

图3表面活性剂浓度对表面和界面扩张弹性曲线上ω1的影响


扩张弹性数值开始上升,意味着扰动前后界面膜的组成开始变化,扩散-交换过程不能完全消除形变的影响。因此,ω1反映了界面分子与体相间交换的难易程度:ω1值越低,则扩散-交换过程越慢,界面与体相间的分子交换越困难。


由图3可以得出如下几点结论:


(1)对于C8C10和C10C8,无论是表面还是界面,ω1均随浓度增大而升高。这是由于随表面活性剂浓度升高,扩散-交换过程加快造成的。


(2)羟基取代烷基苯磺酸盐在界面上的吸附有其独特性,由于苯环上磺酸基和羟基的“定位”作用,使得羟基邻位的长链烷基倾向于沿界面伸展,而羟基对位的长链烷基则倾向于伸入空气或油相。因此,界面分子中羟基邻位的烷基之间表现出较强的相互作用。C8C10和C10C8是一对同分异构体,C10C8分子中羟基邻位的烷基更长。当C10C8分子吸附到表面上时,分子间的相互作用更强,扩散-交换过程更慢,因此,C10C8的ω1在整个实验浓度范围内均低于C8C10。


(3)当表面活性剂分子吸附到癸烷-水界面上时,癸烷分子插入界面吸附膜中,破坏了分子间相互作用;同时,C8C10分子中伸向油相的烷基链更长,与油分子的相互作用更强,其扩散-交换过程变得比C10C8更慢,因此,对于界面吸附膜,C10C8的ω1在整个实验浓度范围内均高于C8C10,表现出与表面完全不同的趋势。


(4)还需指出的是,对于C8C10,其界面上的ω1明显低于表面,也充分说明羟基对位的长链烷基与油分子间存在较强的相互作用。