高分子聚合物對氧化鋁懸液的穩(wěn)定性影響

高分子材料概論-

在氧化鋁表面上，聚合物官能團的類型在薄

膜結(jié)構(gòu)形成上的作用■■■■懸浮液穩(wěn)定性學(xué)院：材料學(xué)院專業(yè)：材料工程姓名：劉佳林學(xué)號：143120311Vt-［亠r￡zt文早信息：2012.6.13收錄摘要我們對聚合物功能組和溶液pH值影響膠體水氧化鋁懸浮液的穩(wěn)定進行了研究。我們用兩種非離子聚合物:聚乙二醇(PEG)、聚氧化乙烯(PEO)和兩種離子聚合物:聚丙烯酸(PAA),聚丙烯酰胺(PAM)、聚乙烯醇(PVA)進行了相關(guān)實驗，并依據(jù)以下方法進行的實驗：比濁法(穩(wěn)定測量)，分光光度法(測量聚合物吸附)，粘度測量法(聚合物吸附層厚度)，電位滴定法(固體表面電荷密度)和微電泳法(電動電勢)。對于氧化鋁懸浮液而言，在pH值為9時的陰離子聚丙烯酸是最有效的穩(wěn)定劑和在pH值為3時為絮凝劑。與其它已經(jīng)經(jīng)過檢驗的聚合物的官能團相比，在表面活性上，它的羧基團擁有最大的親和力(指吸附性)。而聚乙二醇(PEG)、聚氧化乙烯(PEO)聚乙烯醇(PVA)中的羥基和聚醋酸乙烯酯中的醋酸，卻對氧化鋁表面顯示更低親和力(可以忽略的吸附性)和最低限度地影響氧化鋁系統(tǒng)的穩(wěn)定性。聚合物薄膜的結(jié)構(gòu)；聚合物官能團；架橋絮凝；空間穩(wěn)定作用；高分子構(gòu)象;氧化鋁1.介紹水溶性聚合物在穩(wěn)定絮凝過程中使用的巨大可行性促使在聚合物關(guān)于固態(tài)/液態(tài)界面吸附機理的研究的進行［1-6］。在生產(chǎn)高質(zhì)量的陶瓷、化妝品、油漆和塑料測定分散系統(tǒng)的穩(wěn)定性條件是非常重要的。相比之下，在要求快速分離的分散粒子的過程中，膠體系統(tǒng)的不穩(wěn)定是可取的，即在紙漿行業(yè),利用工業(yè)廢物在水中懸浮體的形式進行的水凈化和礦物浮選。這些屬性的聚合物被用于許多其他領(lǐng)域如食品、制藥、汽車和電子行業(yè)［7-15］。聚合物鏈可以修改膠體粒子的表面性質(zhì)導(dǎo)致其穩(wěn)定（立體穩(wěn)定）或不穩(wěn)定（架橋絮凝,電荷中和）。高度分散系統(tǒng)的穩(wěn)定性不僅取決于聚合物的吸附量，還主要取決于吸附在固體表面的構(gòu)象和沒有吸附的散裝（損耗交互的）大分子。在許多聚合物鏈構(gòu)象的影響因素中，最重要的是聚合物的官能團的類型。出于這個原因，本研究的目的是比較離子聚合物（聚丙烯酸、聚丙烯酰胺、聚乙烯醇）和非離子聚合物（聚乙二醇，聚氧化乙烯）在氧化鋁懸浮液中吸附過程的穩(wěn)定性。由于它們沒有毒性，這些聚合物被使用在許多日常的必備品，包括化妝品和藥品。另外，在水凈化過程，它們有共同的應(yīng)用，就是作為有效的絮凝劑。在本次研究中，所選取的聚合物在氧化鋁懸浮液中存在的穩(wěn)定性結(jié)果被收集和比較?；谖降慕Y(jié)果，并經(jīng)過粘度和電動測量，我們得出系統(tǒng)穩(wěn)定（或不穩(wěn)定）的機制取決于聚合物官能團的類型。2.實驗「-AL2O3在實驗中被用作吸附劑。由BET方法（表面面積加速儀器）可得,AL2O3的比表面積為155m2/g，粒子的平均尺寸為469nm（通過電泳測量，3000-莫爾文儀器）。該固體用雙蒸餾水以除去以無機離子的形式存在的雜質(zhì)。洗滌過程中以小于2卩s/cm以達到上清液的電導(dǎo)率。下面大分子化合物被用作吸附物：非離子聚合物：聚乙二醇-（PEG），聚環(huán)氧乙烯-（PEO）。離子聚合物（陰離子）：聚丙烯酸-（PAA），聚丙烯酰胺（PAM），聚乙烯醇（PVA）。對它們的詳細特征列于表1。Table1Characteristicsofmaaromolecukrcompounds.Polymer匚inicalhimulaWeightaveragemolecularweightThepercentageofdifferentlypesoffuncrionalgroupsinthemacromolecule(%)PEGHO-CH2-[CH2-0-CH2)rt-2000100PEOch2-oh218.000-□H:100PAA-[CH3-OOHDrt-2000-COOH：100240.000-COOH：100PAM-[CH2-匸HKonh2]-1500-NH2:907CHfCOOHJlrt--COOH:10.000-conh2：呂寶&-COOH：144PVA-[CH3-匚22.000-OH：97.5CHfOGX：-OCTOh：2538.000-OH:97.5-OCTOh：25EG和PEO都是環(huán)氧乙烷的聚合物，但在術(shù)語中PEG指聚合物分子以重量小于20000克/摩爾存在，而PEO分子量是大于20000克/摩爾的。它們都是非離子聚合物，它們的大分子官能團沒有離解能力，在分子鏈的兩端有環(huán)氧官能團（-O-）和羥基官能團。每一段的聚丙烯酸（PAA）包含一個羧基組，這些群體在pH值增加時進行分離。PAA的PK值為4.5[16],這意味著在pH值4.5時，有一半羧基組存在電離的形式（解離度（adis）0.5）。在PH為3,解離度為0.03，同時，在PH為6時，解離度為0.97,，當PH為9時，解離度為0.99。聚丙烯酰胺（PAM）的大分子含有兩種類型的官能團，即酰胺基和羧基的，而生產(chǎn)該化合物的過程中，羧基團是由多個酰胺基團水解得到的。在研究中所用聚合物水解的程度是：PAM1500-9.3%和PAM10,000-14.4%。這些水解度與羧基團一致，可電離，這與酰胺基不同。它們在PH值上升的時候發(fā)生了解離，和上述的PAA類似。聚乙烯醇（PVA）經(jīng)常被當做非離子聚合物。但這并不準確，因為在實際中，該化合物不能100%水解。與羥基團（-OH）相比，PVA大分子含有少量乙酸酯基團（-O-OCH3）。這些基團保留在聚合物鏈中，不完全水解成羥基集團。在本次研究中的PVA的水解度為97.5%，也就是有2.5%的乙酸酯集團沒有轉(zhuǎn)變?yōu)榱u基集團。乙酸酯集團隨著PH的增加發(fā)生了電離，使PVA帶了負電荷。這種電離機制比較復(fù)雜，反應(yīng)方式如下：

所有測量均在pH范圍3-10,溫度為25°C下進行。以濃度為1X10-2mol/dm3的NaCl為支持電解質(zhì)。在有或沒有聚合物的條件下進行的氧化鋁穩(wěn)定性測試，使用了濁度儀和冷卻器。這些裝置和計算機相連，可以儲存鏈接和數(shù)據(jù)處理。這種結(jié)果以曲線的方式給出，這種曲線由傳輸和后向散射響度的時間函數(shù)給出。每次穩(wěn)定性測量是15小時，單個掃描是15分鐘一班。由于這種傳輸和后向散射曲線在文獻［18-21］中詳細分析了，這份手稿局限于給予穩(wěn)定系數(shù)，而這個系數(shù)卻是很好地表征膠體體系的屬性。穩(wěn)定性指數(shù)（TSI）考慮到所有進程在示例中包括的沉積物和明確的厚度層以及粒子沉降。這一系數(shù)與特殊的計算機程序由下面的公式計算where&亠averagebackseaiteringforeachminuteofmeasurement,Xbs-averagegandn-numberofscans.這個TSL數(shù)值在0-100浮動，數(shù)值越高，貝U此系統(tǒng)越不穩(wěn)定。在靜態(tài)下，我們做了聚合物吸附測量，這種測量是在聚合物濃度范圍為10-200ppm下完成的，我們用了0.04g的A12O3。聚合物的吸附量是由吸附前溶液的濃度和吸附后的差值得到的。通過分光光度計，我們可以得到此濃度。為此目的，所研究的聚合物與各種試劑產(chǎn)生的反應(yīng)所造成的云量或顏色不同表現(xiàn)，在此方案中得到了使用。這就是：PAA和PAM與季銨鹽［22］，PEG和PEO與單寧酸［23］，PVA與碘和硼酸［24］。聚合物吸附層的厚度是由粘度測定方法來確定［25］。固體顆粒的半徑的增加是由于聚合物的吸附，在懸浮液中這種吸附表現(xiàn)為固相體積分數(shù)的增加。由愛因斯坦方程可得，這種固相體積分數(shù)和懸浮液的相對粘度有關(guān)。探究體系的粘度是由旋轉(zhuǎn)流變儀（波林儀器）測定的。吸附和粘度的測量結(jié)果，是五個獨立測量得到的平均值（測量誤差不超過5%）。氧化鋁表面電荷密度的缺失與存在是由電位滴定法測定聚合物和使用適當?shù)某绦虼_定的。有聚合物和沒有聚合物的懸浮液的Z（zeta）電位是由馬爾文儀器測得，使用的是微電泳方法。每個zeta電位測得的結(jié)果是三次獨立測量的平均值，而且，每個獨立的測量值是由五次測量相同的樣品得出的，測量誤差不超過2%。

3.結(jié)果與討論3?1在含有不同類型官能團聚合物的情況下，氧化鋁懸浮液的穩(wěn)定性以目前聚合物型氧化鋁懸浮液的穩(wěn)定一絮凝特性的影響，確定了所要研究高分子化合物三氧化二鋁系統(tǒng)的穩(wěn)定性系數(shù)（TSI）顯示在圖1一4。卜記.LTSIstabilitycoefficientsforAI2O3suspensionintheabsenceandpresenceofPAACp=100ppm.Hg.2、TSIEtabilitycoefficientsforAI2O3suspensionintheabsen匚已mndpresenceafPAMrCp=100ppm.

Fig.工TSIstabilitycoefficientsForAI2O3suspcnsionintheabsenceandpresenceaTFig.4tTSIstabilitycoefficientsforAIjO3suspensionintheabsenceandpresenceofPVAPCp=100叩皿基于此，我們發(fā)現(xiàn)離子聚合物的鏈條的電離取決于溶液的PH值，并考察了其穩(wěn)定性條件的影響。通過動態(tài)濁度法定量測量三個ph值，即3、6和9±0.1。對這些數(shù)據(jù)的分析表明，該聚合物的性質(zhì)顯著影響所研究的體系的穩(wěn)定性。陰離子丙烯酸（圖1）的存在，既ph值為3和9時，它對氧化鋁懸浮穩(wěn)定性影響最大。在PH為3時，聚合物嚴重破壞了氧化鋁懸浮液的穩(wěn)定性，而當PH升到9時，它又能改善懸浮液的穩(wěn)定性（數(shù)據(jù)與僅有NaCl為支持電解質(zhì)的樣本作橫向比較）。相反，PAM的增加卻使溶液的懸浮穩(wěn)定性得到很小的改變，相對PAA而言,PAM包含了更少數(shù)量的羧基（9-14%）。而通過圖3,4的TSI數(shù)據(jù)，我們可以看到，PEG,PEO,PVA對懸浮穩(wěn)定性的影響更是微乎其微,它們的出現(xiàn)只是使氧化鋁懸浮液的穩(wěn)定性在所有情況的PH下，產(chǎn)生了微小的跌幅。為了解釋這種加入聚合物對氧化鋁懸浮液的穩(wěn)定性產(chǎn)生的變化，我們有必要確定聚合物吸附在固體表面的機理?；谶@個原因，下一節(jié)介紹了聚合物吸附量的分析和其吸附層厚度作為ph值的函數(shù)。3.2在不同pH值溶液中，氧化鋁表面上各種類型的聚合物吸附層的結(jié)構(gòu)不同官能團的聚合物的吸附數(shù)量和溶液PH的關(guān)系見表2。分析這些數(shù)據(jù)可以得到含有羧酸基團（-COOH）的PAA（聚丙烯酸），對氧化鋁表面擁有最強的親和力。在這起實驗中其吸附數(shù)量是最大的。而稍少點的是PAM（聚丙烯酰胺），它含有9-14%的羧基集團。這表明了羧基集團對氧化鋁表面活性有最強的親和力。而PEG（聚乙二醇），PEO（聚環(huán)氧乙烯）在整個研究的PH范圍內(nèi)，表現(xiàn)低的吸附性。因此，羥基（-OH），環(huán)氧基（-O-）和乙酸（-O-COCH3）基團對氧化鋁表面有低的親和力。另外，對表2的進行數(shù)據(jù)分析還可以得出，PAA，PAM，PEG，PEO對氧化鋁表面的吸附數(shù)量隨著PH的增加而減少。然而，后兩者（聚乙二醇和聚環(huán)氧乙烷）的這種減少比較輕微。這種吸附的表現(xiàn)是非離子聚合物典型的表達，它們的官能團不具備分離的能力。它們的大分子鏈的兩端包括環(huán)氧集團和羥基集團。因此，聚合物在固體表面吸附的過程主要通過氫鍵，該氫鍵在聚合物官能團（環(huán)氧集團和羥基集團）和吸附劑表面集團間形成的。為了解釋PAA和PAM官能團的吸附作用對溶液PH值的依屬性，這種掌管大分子和吸附劑表面在不同PH值下的變化應(yīng)該得到分析。就PAA的實驗而言，這種隨著PH值的增加而下降的吸附程度，是由在鏈條中羧基的解離度的增加和固體表面電荷的增加。PAA大分子的特點是，其pKa的值為4.5。因此，在PH小于4.5的范圍內(nèi)，PAA的分子鏈擁有大量的不分散的羧基（此時的解離度為0.03），在PH為4.5的溶液中，負電荷官能團的數(shù)量與中性電荷官能團一樣多（此時的解離度為0.5），更進一步的提高溶液的PH值會加劇羧基的離解，當PH到達6時，聚合物幾乎完成了離解（解離度為0.97）。同樣，在PAM（聚丙烯酰胺），其大分子含酰胺集團和羧基集團。隨著PH的增加，它的分子鏈產(chǎn)生了電離。但在其鏈條中，只有羧基集團能夠離解，PAM1500的水解程度是9.3%，而PAM10000的水解程度是14.4%，這與羧基集團在大分子中所占份額相一致。因此，與PAA相比，PAM鏈條之存在更少的羧基，它分子鏈的每一節(jié)包含一個羧基。參考到氧化鋁在PH為8時的特性，即PHpzc[18]，我們可以得出當PH小于8時，帶正電的表面官能團-A1（OH）2+占據(jù)統(tǒng)治地位，而當PH大于8時，帶負電的表面官能團-A1O-占統(tǒng)治地位。這些數(shù)據(jù)說明當PH小于PHpzc，在帶正電荷的氧化物表面和PAA或PAM中游離的羧基集團間產(chǎn)生了靜電作用；相應(yīng)的，在PH大于PHpzc，他們內(nèi)部是相排斥的。然而，在PH為9時，我們觀察到PAA吸附在了氧化鋁表面上，但它的大小確是在PH為3時的1/6。因此，氫鍵成為了聚合物吸附在固體氧化物表面上的主要原因。另外，隨著PH的增加，-A1（OH）集團的數(shù)量減少了［26,27］，這會限制聚合物鏈結(jié)通過氫鍵實現(xiàn)與氧化鋁表面相連接的可能性。在PH增加的過程中，這種作用也同樣會降低PAA的吸附性。PAA在PH為6時的吸附狀態(tài)介于其在PH為3和9的吸附之間。在氧化鋁表面的吸附數(shù)量是平均值。因此，在PH為6時的吸附數(shù)據(jù)是吸附聚合物“中間”構(gòu)象的結(jié)果，和分子鏈在PH為3和9時的結(jié)構(gòu)組成有關(guān)。在這種PH條件下，聚合物經(jīng)過拉伸，這是因為聚合物中羧基的解離。另一方面，這種由帶負電荷的大分子和帶正電荷的吸附劑表面產(chǎn)生的吸引力，這種力讓實現(xiàn)更大的聚合物鏈條的拉伸構(gòu)象變得不可能，就像在PH為9時。在PH為6時，這種中間結(jié)構(gòu)的吸附層成了吸附表面活性位的阻礙，這產(chǎn)生了聚合物吸附的限制。在PH為3的條件下，帶正電的固體表面和少量離解的羧基集團間，存在一種靜電吸引力，這種力提供了PAA吸附在氧化鋁表面上的條件。另外，在PAA大分子中的羧基集團有著很小的解離度（為0.03），這也使它們形成了盤旋的結(jié)構(gòu)，類似線圈。這兩個方面導(dǎo)致了吸附劑表面被吸附層緊緊包裹，這就使PAA在PH為3時，擁有最強的吸附結(jié)構(gòu)。正如上面提到的，除去靜電的相互作用，氫鍵在聚合物吸附在金屬氧化物的過程中，充當了非常重要的角色-水溶液體系。氫鍵的鍵橋可以在所有形式的吸附劑表面集團（-A10H,-AL0H2+和-ALO-）和聚合物的功能團（包括離解的和沒離解的）間形成。以前的研究［26,27］表明，在所有類型的表面集團中，中性的-A10H對聚合物在金屬氧化物表面的吸附起到主要作用，和其他相比，它具有最多的數(shù)量。另外，它在固體表面的濃度隨PH的上升而降低。正因如此，在PH為3時，是-AlOH在氧化鋁表面濃度最大的時候---這種-A1OH集團也是PAA在PH為3時，在氧化鋁表面吸附性非常好的原因之一。這種集團容易與聚合物的羧基集團形成氫鍵，因此，可以得到大量連接點，使吸附劑和聚合物的鏈節(jié)相連。在觀察下形成的氫鍵是這些PAA的小吸附物在PH為9時在A12O3上得到的最好根據(jù)。在此條件下，存在一個強大的靜電排斥，這種排斥存在于所有的完全電離的大分子官能團和吸附劑表面的負電荷。如果在聚合物與表面沒有生成一個氫鍵的連接點，這種吸附在此體系將不再進行。強力的排斥導(dǎo)致了相應(yīng)的已吸附鏈條的拉伸（形成長循環(huán)和尾部結(jié)構(gòu)），這種拉伸發(fā)生在垂直于吸附劑表面的方向上。此外，屬于相同或者不同的PAA大分子的官能集團間，會產(chǎn)生靜電排斥力，這種力也會對吸附的聚合物鏈條的垂直分布產(chǎn)生巨大推動作用。在氧化鋁表面上，聚合物吸附層的厚度由上述聚合物的吸附機理和構(gòu)象結(jié)構(gòu)所確定，表3中介紹了各自的數(shù)據(jù)。Table3Thicknessofadsorptionlayer(5)ofdifferentpolymersonthealuininasurfacehCp=]00ppm.SystemWeightaverageA(nm)molecularweightpH=3pH=6pH=9A12O3-PAA200005LI1.9240.0004.25.812A12O3-PAM15001.02.53310h000344.45.8A12D3-PVA22.0003.247833Sh0004.06.210.5A12D3-PEG2000□BL22.1A12O3-PEO21S.000123.04.7這些數(shù)據(jù)可以表明，聚合物吸附層的特點是，隨著PH值的上升而變厚。正如前面說過的，一個增大的溶液PH會減小聚合物與吸附劑間的靜電吸引力，這將導(dǎo)致在聚合物鏈節(jié)和吸附劑表面集團間的氫鍵的減少。而結(jié)果就是，這種吸附大分子的構(gòu)象在其方向上拉伸的更長。這導(dǎo)致了PAA和PAM在氧化鋁上吸附層的變厚。值得強調(diào)的是PAA2000吸附層的厚度比分子量小的PAM1500的吸附層薄。這主要是因為在PAA大分子中有更多的羧基集團。而在PAM1500分子鏈中，羧基集團只占9.3%。因此，PAA中有更多數(shù)量的官能團被綁在金屬氧化物表面，這導(dǎo)致吸附鏈平坦的構(gòu)象，所以PAA吸附層與PAM的吸附層相比，有更小的厚度。至于非離子聚合物PEG和PEO,我們觀察到了它們在氧化鋁表面的吸附層厚度是隨PH值的增大而變厚的。正如PAA和PAM，PEG和PEO吸附層厚度的增加也是由于吸附鏈條結(jié)構(gòu)的變化帶來的。若不考慮系統(tǒng)內(nèi)部的靜電作用，聚合物鏈條的伸長主要是因為金屬氧化物表面的-A1OH的減少。結(jié)果就是，更少的聚合物鏈段通過氫鍵與吸附劑表面連接起來。聚合物吸附層的變化歸咎于表面集團的數(shù)量和種類，而這些，在觀察厚度隨PH的增加而增加的過程中的到了證實。我們從表2可以發(fā)現(xiàn)，隨著PH的增加，PVA在氧化鋁上的吸附量是增加的，這與前面描述過得PAA與PAM的吸附量的變化，呈相反關(guān)系。PVA的吸附量隨PH的增加而增加。PVA的大分子在整個鏈條上呈現(xiàn)為負電荷（2.5%解離的醋酸集團），這和PAA和PAM是相同的。但吸附的表現(xiàn)形式則完全不同于PAA和PAM。后者同樣有帶負電荷的集團，但它們的吸附量隨溶液PH的增加而減少。PVA在表面吸附量的增加，主要取決于乙酸酯集團在PVA鏈條上呈現(xiàn)的特殊屬性。先前的研究［28］表明，PVA的乙酸酯集團在金屬氧化物表面表現(xiàn)一種優(yōu)先選擇的吸附性，這種優(yōu)先選擇的吸附性與羥基集團有關(guān)。在高PH的環(huán)境中，大多數(shù)乙酸酯集團發(fā)生電離，由鏈條上集團間的斥力，使PVA鏈條變長。這種伸長把更多的乙酸酯集團暴露了出來，這個結(jié)果使鏈條對氧化物表面的吸附得到了支持。在PH值高于氧化鋁的PHpzc時，電離的醋酸集團和帶負電的表面集團產(chǎn)生了斥力，這導(dǎo)致了PVA大分子有了伸長的結(jié)構(gòu)，所以吸附層厚度得到增加；在低的PH下，則相反，拿PH為3時舉例，此時電離的乙酸酯集團非常少，分子鏈的構(gòu)象不能加強吸附作用，因為乙酸酯集團很難與氧化物表面集團形成連接。較少的吸附量提供了吸附聚合物鏈條扁平構(gòu)象的條件。PVA鏈吸附構(gòu)象的變化，可以讓我們從表3中理解PVA吸附層厚度隨PH增加而增加的過程。3.3在加入或不加入不同類型的聚合物的情況下，氧化鋁粒子呈現(xiàn)的穩(wěn)定（不穩(wěn)定）機理溶液的PH值是影響在加入聚合物后的氧化鋁懸浮液的穩(wěn)定性的一個重要因素，改變PH值會使聚合物在金屬氧化物表面形成的吸附層結(jié)構(gòu)發(fā)生改變。這種結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變是大分子在吸附界面成特殊構(gòu)象的結(jié)果。由圖1的TSI數(shù)值分析可得，在PH為3和6時，不加入聚合物的氧化鋁懸浮液是相對穩(wěn)定的（TSI~13.7）。知道吸附劑的表面電荷密度和擴散層電荷與PH值的關(guān)系，對解釋這種屬性是非常有幫助的。各數(shù)據(jù)列與表4。由這些可分析得，在PH為3和6時，我們可以得到相對高的A12O3表面電荷值和電勢電位（zeta電位）。在PH為3-6時，表面電荷密度在12.5-7.51》C/cm2間浮動，zeta電位值在37.1-20.8mV間浮動。這些數(shù)據(jù)充分確保了A12O3懸浮液在支援電解質(zhì)（NaCl）下的穩(wěn)定性。在此情況下，系統(tǒng)處于靜電穩(wěn)定狀態(tài)。在PH為9時，不加入聚合物的氧化鋁懸浮液卻呈現(xiàn)出另一種狀態(tài)，與PH為3和6時相比，非常不穩(wěn)定。根據(jù)表4的數(shù)據(jù)，我們可以注意到在PH為9時,表面電荷密度（5.67》C/cm2）和擴散層電荷（5.0mV）的絕對值要比在PH為3和6時要低。在此條件下，固體顆粒間的斥力會更弱，并且不再確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性。這就是它的凝絮表現(xiàn)。T^ble4Surfa匚已chargedensity(疔Jandzetapotential[CJofaluminaparti匚1已5intheabsenceandpresenceofthepolymeratdifferentsolutionpH,-100ppm.SystempHf(mV)Al203-NaCl312537A67.5120.89-5.67-5.0AI2O3-PAA2000310.0123.1260.03-21379-16.82-40.0AI2O3-PAM1500311.0233J63.857.59-3.4-173Al203-PVA22,00036.7513.363.494.69-3.05-15Al203-PEG2000326263.211059-2.82-75得到的數(shù)據(jù)表明，在氧化鋁懸浮液中加入的聚合物，可以改變前者的穩(wěn)定性。穩(wěn)定性變化的幅度明顯與溶液的PH有關(guān)。關(guān)于圖1-4的分析表明，對Al203懸浮液穩(wěn)定系影響最大是PAA，尤其是在PH為3和9時。在PH為3時，因為PAA在氧化鋁表面的吸附，是系統(tǒng)的穩(wěn)定性嚴重下降（TSI=52.81），同時，當PH為9時，它的穩(wěn)定性得到了改善（TSI=15.41）。在PH為3時，由于PAA的加入，PAA的鏈條和氧化鋁表面有很強的親和力，使懸浮液具有較差的穩(wěn)定性。這種在固體表面的正電荷和少量離解的羧基集團有了相互吸引的靜電作用。這種作用正是聚合物在吸附劑表面上形成致密層的原因（圖5a）。這種PAA吸附層的結(jié)構(gòu)，把帶正電荷的固體粒子進行了中和。這些正電荷之間停止了排斥，并加入到一個更大的結(jié)構(gòu)中，這種結(jié)構(gòu)會讓它容易沉于器皿底部。這就是我們觀察到的系統(tǒng)不穩(wěn)定性。與之對立的PH為9的條件下，在加入了PAA后，它很大程度上加強了氧化鋁懸浮液的穩(wěn)定性（TSI=15.41）。在這個條件下，吸附聚合物鏈條幾乎完全解離，這意味著存在一個很強的靜電排斥力，這個力存在于與聚合物相連的固體粒子間（使表面電荷值和電勢電位與僅有支援電解質(zhì)參與的系統(tǒng)相比，數(shù)值更低，參考表4）。在溶液中，纏繞聚合物的氧化鋁粒子間存在斥力，這種斥力受到?jīng)]有吸附的離散聚合物鏈條的加強（使PAA在PH為9的條件下，吸附最差）。因此，氧化鋁粒子在加入了PAA后，之間有了斥力，這種斥力不僅歸咎于空間位阻，還來自于沿著聚合物鏈所積累的負電荷（圖5c）。在PH為6時，PAA對系統(tǒng)的穩(wěn)定性影響最小。在TSI數(shù)值上，僅有一點點下降，這說明了，加入了PAA的懸液比不加入PAA的懸液，稍微穩(wěn)定了一點點。在這個PH條件下，PAA的吸附層處于PH為3和9的中間態(tài)。大多數(shù)聚合物官能團呈現(xiàn)為電離的形式，只有一小部分被束縛于帶正電的金屬氧化物表面（圖5b）。其他-C00-結(jié)構(gòu)集團在聚合物鏈中呈現(xiàn)循環(huán)和尾部結(jié)構(gòu)，使懸浮液中的粒子之間產(chǎn)生斥力。在這個條件下，我們得到了靜電穩(wěn)定性，這和PH為9時的狀態(tài)幾乎相似。

Fig.5.Schematicrepresentationofstabilizationfdestabilization)mechanismofaluminasuspensioninthepresen匚己ofPAAat:(ajpH3;(b)pH6and[c)pH9.在加入PAM的懸液中，我們由其TSI值（圖2）分析出PAM對懸液穩(wěn)定性產(chǎn)生的影響，主要發(fā)生PH為6和9時。也就是說，在PH為3時，PAM懸液的穩(wěn)定性只發(fā)生了微小的變化，對穩(wěn)定性有所降低，但還是相對穩(wěn)定。其中的羧基在此PH值下發(fā)生輕微電離（PAA中也是如此，只是數(shù)量比PAM的多）。在PH為3時，對于中和帶正電的固體表面集團，PAA的負電官能集團比PAM的更有效，因此，PAM（0.67mg/m2）在吸附量上小于PAA的（1.23mg/m2），近乎一半。在固體表面吸附少量PAM使得大多數(shù)聚合物鏈有不發(fā)達的線圈結(jié)構(gòu)保持在溶液中膠體粒子的周圍。因此，固體顆粒接觸的可能性大大降低并且使體系保持相對穩(wěn)定?？梢缘贸鼋Y(jié)論是，通過沒有吸附高分子的線圈結(jié)構(gòu)保證了的固體顆粒之間的斥力有利于A12O3在pH為3時保持穩(wěn)定（圖6a）。另一方面，在pH為6時，PAM的吸附明顯降低系統(tǒng)的穩(wěn)定性。與沒有PAM吸附的A12O3所得到的TSI值相比，TSI值增加兩倍到26.66，穩(wěn)定性降低。與pH為3相比，氧化鋁顆粒的正電荷通過吸附PAM大分子更有效地進行中和。在pH值為6時，大部分羧基解離并和吸附劑表面陽離子反應(yīng)，有效的中和了它們的電荷。這和不加入PAM的體系相比，有顯著較低的鋁的表面電荷密度。而且，懸浮液的不穩(wěn)定性也許由于體系中固體顆粒之間形成了聚合物橋梁引起。PAM的吸附量和吸附層的厚度在pH為6時都有平均值。聚合物橋接的一個更可能的機制是由兩個不同的膠體粒子的表面吸附的兩個PAM鏈的連接形成的（圖6b）。由于極少數(shù)連接的氧化鋁顆粒之間的相互的作用，導(dǎo)致了體系穩(wěn)定性的降低。在pH為9時,PAM的添加能夠顯著降低鋁懸浮液的穩(wěn)定性。在這種情況下，聚合物架橋的形成是體系不穩(wěn)定性的主要原因，和在pH為6的條件下的情況相似，但其構(gòu)造方式卻與PH為6時不同。在這種情況下，懸浮液中的橋接現(xiàn)象，大部分產(chǎn)生在一個大分子吸附兩個或更多的固體粒子表面時（圖6c）。這種聚合物橋接的機制一方面支持了哪些吸附性相對較弱的聚合物的吸附現(xiàn)象；另一方面，吸附大分子的拉伸程度更大的構(gòu)象也促進了橋接絮凝的過程。(a)Fig.6.Schematicrepresentationofstabilization[destabilization)mechanismofaluminasuspensio