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來源: 《天津工業(yè)大學(xué)學(xué)報》 瀏覽 368 次 發(fā)布時間:2024-12-09
2結(jié)果與討論
2.1吸附膜的界面擴張彈性
彈性是表征界面吸附膜強度的最直觀的數(shù)據(jù)。界面上吸附分子間存在相互作用,當(dāng)外力作用在界面膜上時,界面膜產(chǎn)生形變,吸附分子間的距離發(fā)生變化,分子間相互作用力隨之改變,界面膜彈性定量地描述了形變條件下的相互作用力變化程度。
2.1.1表面和界面擴張彈性的全頻率譜
本文對界面膜施加擴張/壓縮形變,監(jiān)測了界面張力躍遷后的衰減特性,計算得到界面膜的彈性。C8C10溶液的表面和界面擴張彈性的全頻率譜如圖2所示。
圖2 C8C10溶液的表面和界面擴張彈性的全頻率譜
由圖2可以看出,在實驗濃度范圍內(nèi),擴張彈性均隨頻率升高逐漸增大,直到達到平臺值。這是由于對于吸附膜而言,有兩種方式對抗外界施加的形變:①改變分子間距;②通過擴散-交換過程,改變界面吸附分子數(shù)量。若界面膜通過改變界面吸附數(shù)量的方式對抗形變,外界做的功就被耗散在環(huán)境中,界面膜不儲存能量,彈性較低。極端條件下,外界施加的形變足夠緩慢,擴散-交換過程在形變過程中充分發(fā)生,則形變后的界面組成與形變前相同,彈性為零;而如果形變足夠快,界面與體相間不存在分子交換,外界做功全部轉(zhuǎn)化為膜的彈性,此時的擴張彈性稱之為極限擴張彈性ε0,其定義式為:
由式(5)可以看出,ε0定量表征界面分子數(shù)量(Γ)發(fā)生變化時相互作用力的變化程度,對于給定體系為常數(shù)。界面膜的擴張彈性數(shù)值一旦達到ε0,繼續(xù)增大頻率,則彈性不再增大。因此,對于任何吸附膜,其擴張彈性的全頻率譜均為從零增大到ε0的曲線,曲線的特征通過彈性開始升高的頻率ω1、ε0的數(shù)值和達到ε0的頻率ω0描述,如圖2(a)所示。
2.1.2濃度對ω1的影響
表面活性劑濃度對表面和界面擴張彈性全頻率譜上ω1的影響如圖3所示。
圖3表面活性劑濃度對表面和界面擴張彈性曲線上ω1的影響
擴張彈性數(shù)值開始上升,意味著擾動前后界面膜的組成開始變化,擴散-交換過程不能完全消除形變的影響。因此,ω1反映了界面分子與體相間交換的難易程度:ω1值越低,則擴散-交換過程越慢,界面與體相間的分子交換越困難。
由圖3可以得出如下幾點結(jié)論:
(1)對于C8C10和C10C8,無論是表面還是界面,ω1均隨濃度增大而升高。這是由于隨表面活性劑濃度升高,擴散-交換過程加快造成的。
(2)羥基取代烷基苯磺酸鹽在界面上的吸附有其獨特性,由于苯環(huán)上磺酸基和羥基的“定位”作用,使得羥基鄰位的長鏈烷基傾向于沿界面伸展,而羥基對位的長鏈烷基則傾向于伸入空氣或油相。因此,界面分子中羥基鄰位的烷基之間表現(xiàn)出較強的相互作用。C8C10和C10C8是一對同分異構(gòu)體,C10C8分子中羥基鄰位的烷基更長。當(dāng)C10C8分子吸附到表面上時,分子間的相互作用更強,擴散-交換過程更慢,因此,C10C8的ω1在整個實驗濃度范圍內(nèi)均低于C8C10。
(3)當(dāng)表面活性劑分子吸附到癸烷-水界面上時,癸烷分子插入界面吸附膜中,破壞了分子間相互作用;同時,C8C10分子中伸向油相的烷基鏈更長,與油分子的相互作用更強,其擴散-交換過程變得比C10C8更慢,因此,對于界面吸附膜,C10C8的ω1在整個實驗濃度范圍內(nèi)均高于C8C10,表現(xiàn)出與表面完全不同的趨勢。
(4)還需指出的是,對于C8C10,其界面上的ω1明顯低于表面,也充分說明羥基對位的長鏈烷基與油分子間存在較強的相互作用。