水溶性聚合物被广泛的应用于石油开采、日用化工、医药制造,食品生产等领域中,而疏水改性的新型水溶性聚合物已经逐渐展现了巨大的应用潜力。本论文采用体相粘度、激光共聚焦荧光显微镜(LCFM)、界面流变、乳状液稳定性等多种实验方法与耗散颗粒动力学(DPD)模拟方法相结合,研究了疏水改性聚丙烯酸的分子结构对其水溶液体相性质和界面性质的影响,以及这些性质对乳状液稳定性的贡献,建立了聚合物分子行为,宏观溶液性质以及乳状液稳定性之间的联系。1.疏水改性聚丙烯酸水溶液性质以及聚合物在水溶液中分子行为的研究采用体相流变和激光共聚焦荧光显微镜考察外界环境(pH和离子强度)对聚合物溶液的体相粘度以及其在水溶液中的分子形态的影响,采用DPD通过改变聚合物的分子结构来模拟在不同外界条件下聚合物分子在水溶液中的聚集行为,模拟中疏水改性聚丙烯酸分子中COOH和COO-基团的比例改变对应于溶液pH的改变。分子模拟结果与实验结果吻合得很好,研究结果表明,在低pH条件下,分子中主要以COOH存在时,分子内强烈的氢键作用使得分子蜷缩成球状,聚合物分子之间的交联很少,聚合物链主要以块状颗粒的形式存在于溶液之中,体系的粘度很低。当pH增大时,分子中的COOH被逐渐中和为COO-,COO-之间的静电斥力使聚合物分子伸展开来,聚合物分子之间开始出现交联,溶液的粘度得到很大的提高。当溶液离子强度增大时,COO-之间的静电斥力被屏蔽,聚合物分子扩展所需的驱动力减弱,聚合物分子交联程度变小,溶液的粘度变小。研究结果表明,疏水改性使得分子间交联程度增大,分子网络结构更容易形成,水溶液粘度增大。疏水改性程度的增大对聚合物分子的聚集行为产生影响也会增大,其溶液的粘度逐渐增高。2.疏水改性聚丙烯酸水溶液的油水界面性质通过界面流变实验研究外界环境(pH和离子强度)对聚合物溶液油水界面张力和界面粘弹性的影响。研究结果表明,聚合物在油水界面上有一定的吸附,引起界面张力缓慢降低,模量缓慢升高,但是降低油水界面张力和增大油水界面粘弹性的幅度远小于通常表面活性剂存在时的变化幅度,当改变聚合物溶液的pH时,随着pH的增大,溶液的体相粘度增大,聚合物从体相到界面的扩散和吸附减慢。而离子强度的增大则导致聚合物溶液的粘度变小,加快聚合物在油水界面上的吸附。与未疏水改性的聚合物相比,疏水改性聚合物的界面吸附趋势增大,以至于其界面性质受pH和离子强度的影响减小。另外,本部分还研究了非离子表面活性剂的加入对聚合物水溶液油水界面张力的影响。发现加入非离子表面活性剂会大大地降低油水界面张力,并且界面张力降低的速度明显加快,油水界面膜的性质主要由表面活性剂决定,但显然疏水改性聚合物仍有少量在界面吸附,并导致混合体系界面张力略高于只有表面活性剂的情况。3.疏水改性聚丙烯酸稳定的乳状液性质的研究前两部分取得的研究结果给出了在外界环境(pH和离子强度)改变和表面活性剂的加入时几种疏水改性聚合物的体相粘度和界面性质多样化的变化,为探讨乳状液的稳定机制和因素提供了代表性体系。研究结果发现,在没有表面活性剂存在时,pH和离子强度对用疏水改性聚丙烯酸形成的乳状液稳定性的影响与其对聚合物水溶液的粘度性质的影响完全一致,而与界面张力变化规律不一致,说明相对于油水界面性质,聚合物水溶液的体相粘度对乳状液稳定性起着更重要的作用,而疏水改性聚合物更容易形成分子网络结构,提高溶液粘度,以动力学机制稳定乳液。研究还表明,具有较强界面吸附趋势的疏水改性聚合物对乳状液的稳定性更高,表明疏水改性聚合物在油水界面吸附以电性作用阻隔乳状液滴聚并也是乳液稳定机制之一。在表面活性剂存在的情况下,油水界面张力大幅度降低引起乳状液粒径减小,以热力学机制提高乳液稳定性,与聚合物动力学稳定机制共同发挥作用。本论文通过结合分子模拟和实验手段,表征了疏水改性聚丙烯酸在水溶液中的分子形为,以及当外界环境改变时,分子结构的改变对其分子行为的影响。同时,还研究了疏水改性聚丙烯酸水溶液的体相性质和其界面性质对乳状液稳定性的影响,丰富完善了聚合物和表面活性剂对乳状液的稳定机制,对于乳状液的配方设计和乳化用聚合物分子的结构设计有一定的指导意义。本论文的主要创新点1.分子模拟与实验方法相结合,研究疏水改性的聚丙烯酸在水溶液中的分子形态,分析聚合物分子在水溶液中的聚集行为受环境因素影响的规律和机制。2.系统研究了疏水改性聚合物分子的界面活性和对油水界面膜性质的改变,并探讨了环境条件的影响规律和机制。环境条件引起体相和界面性质变化的多样性为探讨乳状液稳定机制提供了典型样本。3.研究聚合物溶液的体相性质和界面性质对乳状液稳定性的影响,探讨了乳状液稳定性的影响因素以及疏水改性聚合物和表面活性剂对乳状液的稳定机制。