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胶体粒子聚集速率常数的测量是研究胶体稳定性的核心问题,但一直在较大粒径粒子的测量方法上存在困难,特别是在计算散射截面方面许多原来的处理方法对大粒子不再适用。我们实验室曾提出了利用T矩阵计算粒子的散射截面,并通过浊度法进行实验测量聚集速率,在实验与理论计算粒径最大为1000nm的粒子聚集速率常数方面取得了一定的研究成果。但浊度法对更大尺寸粒子在实验上是否适用,还有待于进一步验证,并且随着粒子粒径的增大,在聚集实验测量上也会出现一些困难。此外,人们对于颗粒体积百分比比较低的由强排斥带电胶体粒子形成的胶体晶体越来越感兴趣,其中高电荷胶体粒子(例如聚苯乙烯(PS)胶体粒子)的制备是进行研究所需要的重要手段。本论文主要针对这些问题,从以下几个方面开展工作,并取得一定的研究成果: 第一、采用浊度法结合T-matrix计算光学因子的方法研究了大尺寸(粒径分别为500nm和1600nm)的聚苯乙烯胶体粒子分散体系(PS500,PS1600以及(PS500+PS1600))的聚集行为。在实验上突破了1000纳米粒径的限制,实现了PS1600nm胶体粒子分散体系的快聚集,通过数据收集时间延长,有效的改善了浊度-时间曲线的线性关系,从而使大尺寸粒子的绝对聚集速率常数的测量在实验上可以实现。 第二、通过分别采用数密度为5×1014 p/m3和0.3×1014 p/m3的PS粒子进行了不同电解质浓度条件下PS500和PS1600粒子的聚集研究,进行了速率常数的测量与计算。经测定PS500分散体系的绝对聚集速率常数大约在4.82-5.42×10-18m3/s之间,PS1600分散体系的绝对聚集速率常数在6.62-11.3×10-18m3/s之间。如此大尺寸粒子快聚集速率的测定以前还未见过文献报道,这拓宽了浊度法中粒子尺寸的测量范围,也进一步证实了T-matrix方法的优越性。另外,随着电解质度的增加,PS500和PS1600这两种分散体系的绝对聚集速率常数会发生改变,均先增大到一个最大值然后又开始减小。这可能是因为随着电解质浓度的增加,诱导了粒子间水和排斥力(repulsive hydration force)的缘故。这种变化规律与文献中给出的高电解质浓度下粒子相互作用能(U)的理论相吻合,电解质浓度对胶体粒子,尤其如此大尺寸胶体粒子聚集行为的影响以及其与理论模拟得到的变化规律相吻合以前未见研究过。 第三、通过采用粒径分别为500nm和1600nm的PS粒子的混合聚集,初步开展了二元粒子异相聚集的理论和实验研究。对于(PS500+PS1600)分散体系来说,当N1/N2=18∶1时,测得的异相聚集速率常数为5.8×10-18 m3/s,将均相聚集结果推广到异相聚集研究中,这也同样也拓宽了浊度法在异相聚集测量中粒子尺寸的应用范围。 第四、在高电荷PS粒子的制备研究中,采用苯乙烯、对苯乙烯磺酸钠和碳酸氢钠进行无皂乳液聚合,通过分两次滴加引发剂过硫酸钾KPS的方法,使得共聚反应能够在相对平缓的条件下进行。研究结果表明,这种方法在一定程度上克服了以前工作中颗粒制备的重复性不好的难题,为后续工作开展提供了基础。粒子制备实验中,与我们实验室原来的实验结果相比,在一阶段无皂乳液聚合法时加入交联剂二乙烯基苯和采用两阶段无皂乳液聚合方法都分别成功地提高了PS粒子的表面电荷密度,最高表面电荷密度约为15.5μC/cm2。制备的高电荷PS粒子可在水溶液中自组装,不同条件下可生成BCC和FCC胶体晶体。