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聚合物与表面的相互作用

文章出处: 发布时间:2018-01-15 16:22:21 点击数:-

从技术上讲,聚合物的吸附可以应用到许多方面,如粒子分散,絮凝工艺,表面处理等。在这些应用中,聚合物吸附的目的是改变界面间的相互作用。从热力学观点看,聚合物链段和表面间的相互作用力是主要的驱动力,比如阴离子聚合物在阳离子表面的吸附。如果溶剂的溶解性能很差(即与聚合物之间以及溶剂分子间的相互作用能相比,聚合物和溶剂分子间的相互作用较差),聚合物-表面间存在强烈的相互作用力,聚合物将脱离与溶剂接触,因此聚合物可以吸附在任何物质表面,甚至是液-气表面。所以,在沉降出现前,吸附通常会增强。体系中的表面可以充当聚合物的沉积核。总之,溶剂-聚合物间的相互作用越弱,吸附性能就越好,反之亦然。

高分子量聚合物要比低分子量的更易于吸附,该理论有很多应用。首先见下图,它是典型的聚合物等温吸附图,聚合物等温吸附的特点是在低浓度下,吸附量骤增,然后是随浓度基本不怎么变化的平台。在低浓度,聚合物的强吸附反映聚合物和溶剂的不相溶性,原因如上所述,即在主体溶液中聚合物和溶剂间的作用力较弱。随着分子量的增加,低浓度下的吸附量增加更加明显。由于表面的聚合物趋于饱和,吸附量在高浓度下为常数。

聚合物吸附的典型特征

测量聚合物的等温吸附时,必须考虑聚合物需要一定的时间才能达到平衡。通常而言,轻微搅拌条件下达到平衡需要24h左右,但有时候需要更长的时间,特别是使用多孔基体时,聚合物需要扩散到孔中以找到一个可以吸附的自由表面。

有时将带着净电荷的所有类型聚集物称为聚电解质,一些文献把它称为带电荷聚合物,它便是下面要提到的第二种类型。弹性聚合物通常通过羧基(一COO-)或者磺酸基(一SOT),或者形成氨正离子(一NH+)或类似氨的复合物来带有净电荷。聚电解质可以分为强电解质和弱电解质;后者净电荷随着pH变化而变化。电荷对pH的依赖关系很复杂,而且会影响吸附等温线。尽管非静电作用通常在吸附过程占主导地位,静电相互作用也将影响吸附过程。

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