两性聚合物与阴离子表面活性剂的相互作用
【摘要】制备了一种两性聚合物，利用粘度法、界面张力法研究
了两性聚合物与阴离子表面活性剂在溶液中的相互作用。实验结果
表明：随着表面活性剂的增加，聚合物溶液粘度先增加、再降低；
同时，聚合物对阴离子表面活性剂的界面性能也有较大影响，聚合
物的加入使表面活性剂降低油/水界面张力的能力增大，油/水界面
张力达到平衡所需时间缩短。
【关键词】两性聚合物 阴离子表面活性剂 粘度 界面张力
1 引言
水溶性两性聚合物（water-soluble amphoteric polymers）是分
子链上含有正负两种电荷的水溶性高分子。普通聚合物溶液通常随
着矿化度的增加，其粘度明显下降。与仅含有一种电荷的阳离子型
或阴离子型聚合物相比，两性离子型聚合物的性能更为独特。在盐
溶液中，其粘度非但不降低，反而增高，与常见聚合物是不同的。
因为正负电荷基团同时存在于两性聚合物中，并且正负电荷基团的
数目相等，形成的两性离子聚合物呈电中性，所以这类聚合物表现
出反聚电解质溶液行为。普通的聚合物分子结构中只有一种电荷，
分子间的作用力为静电排斥力。在水溶液中，这种静电排斥作用使
分子链形态较为舒展，因此表现出流体力学体积大，导致聚合物粘
度大；在盐溶液中，盐所电离出的离子使分子基团间沿聚合物分子
链的静电排斥力作用减弱，结果是聚合物分子链蜷曲，宏观上表现
出粘度明显下降，这就是一般聚合物的聚电解质效应。近年来，季
铵盐阳离子和磺酸盐阴离子聚合物倍受关注。学者们希望在医药、
水处理、纺织、湍流减阻、油田开采、胶体保护等方面能很好的应
用两性聚合物。有研究表明，此类聚合物在油田钻井液的研究中有
着广泛的应用。
2 实验部分
该聚合物反应为三元共聚反应，羧酸基甜菜碱单体、丙烯酰胺和实
验室自制的疏水单体共聚反应。羧酸基甜菜碱单体和疏水单体实验
室已经制好，因此本文只需要原理中的第三步，及聚合物的合成。
该实验中采用共聚法来合成两性聚合物，引发剂为过硫酸铵和亚硫
酸氢钠氧化还原体系。合成步骤为：在广口瓶中按投料比依次加入
am、羧酸基甜菜碱单体及疏水单体，以蒸馏水为溶剂，磁力搅拌使
其完全溶解。然后通入氮气除去广口瓶中液体上部的氧气。除完氧
气后，加入引发剂，继续搅拌，广口瓶中溶液开始变粘，说明引发
了聚合反应，将广口瓶放在恒温水浴中恒温反应4小时。（反应完
成之后，用无水乙醇反复洗涤合成出的聚合物，洗完后尽可能的把
聚合物剪碎，放在60度的真空干燥箱中烘干。
3 实验结果和分析
配制一系列不同浓度的表面活性剂溶液，该系列表面活性剂中聚合
物的加量分别为：0mg/l，1000mg/l，2000mg/l。测定这些溶液在
温度在25℃，转速为6000rad/min时与模拟油的界面张力与浓度曲
线，结果如图 1：
由图1可以看出：加入了聚合物的表面活性剂与模拟油的界面张力
变化趋势相似。不同的是加入聚合物后，表面活性剂与模拟油的界
面张力值低于纯表面活性剂溶液与模拟油的界面张力。且随着聚合
物的增加，界面张力值降低的越大。两性聚合物sdbs体系出现这
种现象，说明随着聚合物浓度的增加，它与表面活性的协同作用增
强，使其降低油水界面张力的能力逐渐增强。但是随着表面活性剂
浓度的增大，与聚合物分子作用的表面活性剂分子增多，使得自由
的表面活性剂分子数目变少，吸附在油水界面层的表活剂分子数目
不会因为浓度的升高而增多，因此体系的界面张力在cmc后趋于平
稳。
配制一系列的不同浓度sdbs下的聚合物溶液，聚合物浓度为
10000mg/l，表面活性剂浓度从100mg/l到1000mg/l，待溶液混合
均匀后，测得粘度，聚表混合溶液的表观粘度随阴离子表面活性剂
sdbs的变化有以下特点：
（1）两性聚合物溶液的表观粘度随着表面活性剂十二烷基苯磺酸
钠（sdbs）浓度增高的变化趋势是聚合物粘度先升高后降低。
（2）聚合物溶液粘度随着表面活性剂的浓度的增加先急剧上升，
在400mg/l时达到峰值，由最初的17.7 mpa·s上升到271.2 mpa·s，
粘度翻了15倍；随着表面活性剂的加入，聚合物溶液表观粘度下
降，然后趋于平缓。
当在聚合物溶液中加入阴离子表面活性剂十二烷基苯磺酸钠后，聚
合物的疏水基开始与表面活性剂的疏水基形成混合胶束，形成了大
规模、稠密的空间结构，致使聚合物的粘度迅速上升。（如图所示，
在表面活性剂的加入量在100-400mg/l时，聚合物的粘度急剧上升。
随着表面活性剂sdbs的继续加入，溶液中的聚集体继续增加，使
得每个聚集体中的疏水链变有所变化，即聚合物分子间的缔合开始
被拆散，因此体系的粘度迅速下降。当溶液中的缔合结构完全被加
入的表面活性剂分散时，溶液的表观粘度随着表面活性剂的加入粘
度变化趋于平稳。
4 结论
用羧酸基甜菜碱单体、实验室自制疏水单体和丙烯酰胺合成了一种
三元共聚的两性聚合物，并对其抗盐性能进行了评价：
（1） 该聚合物与阴离子表面活性剂十二烷基苯磺酸钠有着很好的
协同作用，聚合物的加入使阴离子表面活性剂sdbs与模拟油界面
张力稳态值降低；在sdbs与聚合物的混合体系中，不同的聚合物
浓度相同表面活性剂浓度时，混合体系比单一相同浓度表面活性剂
更能降低油水界面张力。
（2）两性聚合物溶液的表观粘度随着表面活性剂十二烷基苯磺酸
钠（sdbs）的浓度先升高后降低。加入表面活性剂后，使聚合物的
分子链开始伸展，就表现为聚合物粘度的升高。
参考文献
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作者简介
彭虹（1985-），性别：女，民族：汉，籍贯：四川乐山 学位：工
科硕士在读，专业方向：应用化学油气田增产及提高采收率。