疏水締合聚丙烯酸與蠕蟲狀膠束的協(xié)同作用

梅擁軍 韓一秀 周 洪 姚 林 江 波,*

(1四川大學化學學院,成都610065;2中國民航局第二研究所,成都610041)

疏水締合聚丙烯酸與蠕蟲狀膠束的協(xié)同作用

梅擁軍1,2韓一秀2周 洪2姚 林1江 波1,*

(1四川大學化學學院,成都610065;2中國民航局第二研究所,成都610041)

從宏觀流變性和介觀尺度方面,研究了疏水締合聚丙烯酸(HMPA)與油酸鈉(NaOA)構(gòu)筑的蠕蟲狀膠束的協(xié)同作用.考察HMPA對蠕蟲狀膠束溶液流變性和表觀粘度的影響,結(jié)果表明,極少量HMPA的引入導致蠕蟲狀膠束溶液體系動態(tài)模量明顯增加;其表觀粘度隨HMPA濃度的增加先增強后減弱.另一方面,通過耗散顆粒動力學(DPD)分子模擬方法研究了混合體系中溶液組成對HMPA分子鏈的均方根末端距的影響.結(jié)果表明,隨著NaOA濃度增加,HMPA的均方根末端距會出現(xiàn)峰值;HMPA的伸展程度受其自身濃度變化制約,相對于純HMPA體系,NaOA膠束的存在對高濃度區(qū)的HMPA伸展程度影響更明顯.結(jié)合流變實驗和分子模擬結(jié)果,初步解釋了聚合物與蠕蟲狀膠束的協(xié)同作用機制.

疏水締合聚丙烯酸;蠕蟲狀膠束;流變性;表觀粘度;耗散顆粒動力學分子模擬;均方根末端距

1 引言

疏水締合聚合物是親水性主鏈上帶有少量疏水基團的水溶性聚合物,1在溶液中達到臨界締合濃度后,通過疏水性基團的締合作用形成三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),從而賦予溶液粘彈性.疏水締合聚合物的研究在學術(shù)和工業(yè)領(lǐng)域倍受關(guān)注,其溶液已經(jīng)廣泛應(yīng)用于三次采油、流體減阻和清潔壓裂液等領(lǐng)域.2蠕蟲狀膠束一般由離子型表面活性劑自組裝形成.當表面活性劑濃度達到臨界交疊濃度后,蠕蟲狀膠束互相纏繞形成類似于聚合物的三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),使溶液具有類似聚合物溶液的粘彈性.3-5由于易降解更環(huán)保,陰離子表面活性劑如油酸鈉和芥酸鈉在有機或無機鹽的誘導下構(gòu)筑的蠕蟲狀膠束更受關(guān)注.4-6疏水締合聚合物和蠕蟲狀膠束能夠通過協(xié)同效應(yīng)展現(xiàn)出不同于甚至優(yōu)于其單組分體系的性能,如協(xié)同增粘,7蠕蟲狀膠束對烴類物質(zhì)的敏感性降低,8耐高溫9等.目前,有關(guān)蠕蟲狀膠束協(xié)同作用的研究多數(shù)涉及到非電解質(zhì)類(如聚丙烯酰胺)聚合物,7,9而聚電解質(zhì)類(如聚丙烯酸)聚合物還少見報道.

分子模擬是一種有效的技術(shù)手段,研究周期短,效率高,能調(diào)控變量,較大程度輔助實驗研究,加快研究進度.10耗散粒子動力學(DPD)模擬方法是應(yīng)用于軟物質(zhì)領(lǐng)域最廣、最科學的介觀模擬手段之一.11-14DPD是1992年由Hoogerbrugge和Koelman15提出的一種研究流體動力學行為的介觀計算機模擬方法.它采用了粗粒化模型,將實際流體中的一小塊區(qū)域或包含大量分子或原子的團簇看作耗散粒子動力學模型中的一個作用點,又在粒子間引入了“軟”的相互作用勢,因而用來模擬在較長時間和空間尺度上的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)以及演變過程.16因而DPD適用于研究聚合物和表面活性劑等由遠超上百萬個原子組成的體系.17宏觀流變性往往反映分子或者膠束在介觀或微觀尺寸上的排列方式,有必要通過分子模擬揭示介觀形態(tài)來探索混合體系的組成與其宏觀流變性之間的規(guī)律.

基于油酸鈉(NaOA)構(gòu)筑的蠕蟲狀膠束體系,本文研究了引入疏水締合聚丙烯酸(HMPA)對體系表觀粘度及流變性方面的協(xié)同作用.采用DPD分子模擬考察了體系組成變化對HMPA的均方根末端距的影響,初步解釋了相關(guān)的協(xié)同作用機制.

2 實驗部分

2.1 原料與試劑

HMPA,實驗室合成;18NaOA和醋酸鈉,國藥集團化學試劑有限公司提供,分析純.本實驗所用水均為去離子水(Millipore Milli-Q),為中和聚丙烯酸和防止油酸水解,溶液的pH值保持為8.樣品溶液均在25°C制備.

2.2 儀 器

流變數(shù)據(jù)均由美國TA公司的AR-2000ex流變儀測得,采用錐盤測試系統(tǒng)(直徑為40 mm,錐角為1°),由Peltier系統(tǒng)自動控溫,在25°C測定.動態(tài)流變在線性粘彈區(qū)測定.表觀粘度采用Brook field DV III+粘度計測定,剪切速率為1 s-1,特性粘度[η]由烏氏粘度計測得.

分子模擬采用Materials Studio 4.0(Accelrys Company,San Diego,CA,USA)軟件的DPD模塊進行計算.

2.3 DPD分子模擬

2.3.1 計算方法簡介

粒子的運動遵循牛頓運動方程:

αij是粒子i和j之間的最大排斥力,rij代表從粒子i指向粒子j的單位矢量,ωD和ωR是與粒子間的距離有關(guān)的權(quán)重函數(shù),它們分別描述了這兩個力隨著粒子間距離增加時的衰減情況.θij是具有高斯分布的隨機數(shù).粒子i所受的力可表示為:

耗散粒子動力學中不同種粒子間的排斥參數(shù)為:

式中,ρ為粒子密度,χij是Flory-Huggins參數(shù).由此獲得了耗散粒子動力學模型與實際系統(tǒng)的一種映射關(guān)系,即從體系的χij就可以獲得耗散粒子動力學模擬的相互作用力參數(shù),從而實現(xiàn)從耗散粒子動力學方法中的粒子模型向具體體系的轉(zhuǎn)化.Flory-Huggins參數(shù)指示粒子間的互溶性,數(shù)值越大代表粒子越不容易互溶.

2.3.2 模擬參數(shù)

在模擬過程中設(shè)置參數(shù):單位長度rc=1,粒子密度ρ=3,溫度kBT=1(kB為玻爾茲曼常數(shù),T為絕對溫度),隨機力σ=3,彈性系數(shù)C=4.模擬在大小為20× 20×20且各個方向都具有周期性邊界條件的立方盒中進行,總粒子數(shù)為1×105,模擬的時間步長為0.05,每個模擬體系的模擬步數(shù)均為20000.如圖1所示,聚合物HMPA和NaOA中的不同基團均由不同的DPD珠子代表,那么HMPA和NaOA分子則是由這些相關(guān)的珠子以弦力線性串起的珠子鏈.在Blends模塊中求得的各個珠子之間的Flory-Huggins參數(shù)列于表1中.

圖1 HMPA和NaOA的結(jié)構(gòu)式和在DPD模擬中珠子(A-G)的劃分方式Fig.1 Schematic structures of HMPAand NaOAand divided DPD beads(A-G)

表1 不同DPD珠子之間的相互作用參數(shù)Table 1 Interaction parameters between different beads in DPD simulation

3 結(jié)果及討論

3.1 協(xié)同增粘行為

圖2中對比了蠕蟲狀膠束體系“75 mmol·L-1NaOA+2.3%NaAc”和混合體系“75 mmol·L-1NaOA+2.3%NaAc+0.03%HMPA”的穩(wěn)態(tài)流變和彈性模量(G?).一般的,在低剪切速率下,表觀粘度出現(xiàn)的平臺值通常近似為體系零剪切粘度(η0),而粘度開始下降時的剪切速率被稱為臨界剪切速率.3如圖2中所示,加入0.03%HMPA后,η0增加一個數(shù)量級,臨界剪切速率減小了兩個數(shù)量級;在相同角頻率(ω)下,混合體系的G?也大大增加,并且隨著ω增加,出現(xiàn)一個平臺模量值.

圖2 加入0.03%HMPA對“75 mmol·L-1NaOA+2.3% NaAc”蠕蟲狀膠束溶液的穩(wěn)態(tài)和動態(tài)流變的影響Fig.2 Influence of adding 0.03%HMPAon the steady and dynamic rheological properties of“75 mmol·L-1NaOA+2.3%NaAc”wormlike micellar solution

圖3 在2.3%NaAc存在下HMPA濃度對不同NaOA濃度蠕蟲狀膠束溶液表觀粘度(ηapp)的影響Fig.3 Effect of HMPAconcentration on the apparent visocosity(ηapp)of micellar solution at different NaOAconcentrations in the presence of 2.3%NaAc

在2.3%醋酸鈉(NaAc)存在下,NaOA膠束體系的表觀粘度(ηapp)受HMPA濃度變化的影響如圖3所示.未加入HMPA時,表觀粘度隨NaOA濃度的增加而增加;加入HMPA,不同NaOA濃度(50、75、100 mmol·L-1)的膠束溶液的表觀粘度都增加,表明在混合溶液體系中均出現(xiàn)協(xié)同增粘行為;進一步增加HMPA濃度,體系粘度開始降低.粘度最大值隨著NaOA濃度的增加而增大,同時最大值所在位置向右側(cè)移動.顯然,協(xié)同效應(yīng)受溶液組成控制.需要指出的是,體系中HMPA濃度低于其臨界締合濃度(C*),為0.06%(C*=1/[η]).以上實驗結(jié)果證實HMPA分子與蠕蟲狀膠束之間存在明顯協(xié)同作用.

3.2 分子模擬結(jié)果及討論

聚合物的分子尺度是描述其構(gòu)象的一個重要方面.均方根末端距代表線性聚合物從一端到另一端距離的平方根在統(tǒng)計意義上的平均值,是指示聚合物分子的卷曲程度的重要參數(shù).15對于疏水締合聚合物來說,在未締合的狀態(tài),分子鏈較為伸展;隨著締合的進行,分子鏈卷曲,均方根末端距往往隨締合程度的增大而變小.2對于疏水締合聚合物與蠕蟲狀膠束的混合體系,溶液組成影響膠束締合,進一步影響聚合物的均方根末端距.

3.2.1 NaOA濃度的影響

圖4 NaOA濃度對HMPA的均方根(RMS)末端距大小的影響Fig.4 Effect of NaOAconcentration on the root mean square(RMS)end-to-end distance of HMPA

一定濃度下HMPA的均方根末端距隨NaOA濃度增加的變化如圖4所示,在低NaOA濃度時, HMPA的均方根末端距為較低值,隨著NaOA濃度增加,HMPA的均方根末端距出現(xiàn)一個峰值.本文將這種變化歸因于聚合物的伸展程度受NaOA分子在不同濃度下的聚集形態(tài)的制約.圖5為推測的影響機制,根據(jù)文獻19報道,隨著濃度的增加,表面活性劑分子通過疏水締合作用會依次形成球型、棒狀和蠕蟲狀膠束.在一定濃度下,NaOA與HMPA形成混合球型膠束,該臨界締合濃度低于NaOA的臨界膠束濃度.20混合膠束中往往含有兩個甚至兩個以上的聚合物的疏水支鏈,多個HMPA通過疏水支鏈締合聚集在一起.21,22混合膠束的形成促進了HMPA的疏水締合,因此聚合物的伸展程度降低.23表面活性劑濃度進一步增加,膠束個數(shù)隨之增加,會使每個混合膠束中只包含一個HMPA的疏水支鏈,甚至整個膠束都由NaOA組成.HMPA主鏈伸展,加上膠束表面的負電荷帶來的排斥作用,其伸展程度甚至超過膠束形成前的狀態(tài).24當NaOA濃度達到臨界膠束濃度時,膠束形態(tài)由球型變?yōu)槿湎x狀,19HMPA與蠕蟲狀膠束通過締合連結(jié)在一起形成了三維網(wǎng)絡(luò)狀結(jié)構(gòu),導致溶液粘度增加,這與流變實驗結(jié)論一致.此時溶液中的NaOA濃度較高,高濃度電解質(zhì)的存在導致HMPA的伸展程度又一次降低,18,25其均方根末端距變短.

以上機制在DPD模擬的介觀形態(tài)圖中得到證實,隨著NaOA濃度增加,HMPA與膠束的介觀形態(tài)如圖6所示.為了清楚顯示,圖中將水分子和NaOA的頭基省略,NaOA尾基設(shè)置為淺藍色,HMPA的主鏈設(shè)置為紅色.由圖中可見,隨著NaOA濃度的增加,其分子聚集形式經(jīng)歷了球型膠束和蠕蟲狀膠束;HMPA分子鏈也經(jīng)歷了伸展和蜷曲的過程.

圖5 NaOA濃度增加對HMPA形態(tài)的影響機制示意圖Fig.5 Schematic diagram for proposed synergism mechanism about the influence of NaOAconcentration on HMPAextentension

圖6 DPD模擬HMPA與蠕蟲狀膠束的介觀形態(tài)Fig.6 Mesoscopic morphology of HMPAand NaOAmicelles simulated by DPD

3.2.2 HMPA濃度的影響

圖7為HMPA濃度增加對均方根末端距的影響.在純HMPA體系和含蠕蟲狀膠束的混合體系中,隨HMPA濃度增加其均方根末端距都出現(xiàn)兩個峰值,第一個峰值的位置和大小都非常接近,第二個峰值出現(xiàn)較明顯區(qū)別.主要表現(xiàn)為,在第一個峰之后在HMPA濃度較低時均方根末端距就開始增加;不僅如此,該體系的第二個峰值也遠大于混合體系的峰值.模擬結(jié)果表明蠕蟲狀膠束的存在對HMPA均方根末端距的影響在高HMPA濃度區(qū)較大.

圖7 HMPA的濃度對HMPA均方根末端距的影響Fig.7 Influence of HMPAconcentration on the RMS end-to-end distance of HMPA

在稀溶液中,離子基團隨HMPA濃度增加而增加,從而引起周圍的水化層區(qū)域增大,導致HMPA在水中的流動性變差,可能的構(gòu)象選擇變少,結(jié)構(gòu)變得更加剛性,主鏈相對較為伸展.因此在低濃度范圍內(nèi),隨著HMPA濃度增加,均方根末端距增加.隨著HMPA濃度進一步增加,通過締合形成小聚集體,12分子間的聚集促使聚合物主鏈變得蜷曲,分子尺度減小,對應(yīng)于圖7中的第一個峰值出現(xiàn).隨著HMPA濃度的增加,小的聚集體數(shù)量逐漸增大,直至充滿整個溶液空間而達到一種飽和狀態(tài).繼續(xù)加入的HMPA通過疏水締合作用使小聚集體連接起來, HMPA主鏈傾向于伸展,均方根末端距增加.當HMPA濃度進一步增加時,位阻效應(yīng)以及分子鏈舒展程度降低,HMPA則會以一種蜷曲的構(gòu)象存在,均方根末端距開始下降.這對應(yīng)著在圖7中第二個峰值的出現(xiàn).

兩個體系的第一個峰值相似,說明膠束的存在對低濃度下以單分散狀態(tài)存在,直至形成小聚集體過程中的HMPA伸展狀態(tài)影響不明顯.但是,膠束的存在促進HMPA的聚集,溶液中會形成更多的小聚集體,只有在更高的HMPA濃度下才能達到小聚集體飽和的狀態(tài).繼續(xù)加入的HMPA以較為伸展的構(gòu)象存在的HMPA分子所占比例較少.因此,對于混合體系,第一個峰值出現(xiàn)后,均方根末端距會降得更低,第二個峰值遠低于第一個峰值.

4 結(jié)論

表觀粘度和流變實驗表明,少量的疏水締合聚合物HMPA的加入便能引起蠕蟲狀膠束溶液的粘度顯著增加,流變行為由粘性流體向粘彈性流體轉(zhuǎn)變;體系協(xié)同效應(yīng)受溶液組成控制,表觀粘度隨NaOA濃度的增加而增大,而隨HMPA濃度的增加出現(xiàn)先增大后減小的趨勢.通過DPD模擬進一步證實了溶液組成對HMPA主鏈的均方根末端距有明顯影響.

(1) Taylor,K.C.;Nasr,E.;Din,H.J.Pet.Sci.Eng.1998,19,265. doi:10.1016/S0920-4105(97)00048-X

(2) Ni,T.;Huang,G.;Gao,P.;Xu,Y.;Yang,M.Polym.J.2011, 43,635.doi:10.1038/pj.2011.24

(3) Pei,X.M.;Zhao,J.X.;Wei,X.L.Acta Phys.-Chim.Sin.2011, 27,913.[裴曉梅,趙劍曦,魏西蓮.物理化學學報,2011,27, 913.]doi:10.3866/PKU.WHXB20110420

(4) Han,Y.;Feng,Y.;Sun,H.;Li,Z.;Han,Y.;Wang,H.J.Phys. Chem.B 2011,115,6893.

(5) Han,Y.;Chu,Z.;Sun,H.;Li,Z.;Feng,Y.RSC Adv.2012,2, 3396.doi:10.1039/c2ra20136d

(6) Kalur,G.C.;Raghavan,S.R.J.Phys.Chem.B 2005,109,8599. doi:10.1021/jp044102d

(7) Shashkina,J.A.;Philippova,O.E.;Zaroslov,Y.D.;Khokhlov, A.R.;Pryakhina,T.A.;Blagodatskikh,I.V.Langmuir 2005, 21,1524.doi:10.1021/la0482756

(8) Molchanov,V.S.;Philippova,O.E.;Khokhlov,A.R.Langmuir 2007,23,105.doi:10.1021/la061612l

(9) Couillet,I.;Hughes,T.;Maitland,G.;Candau,F. Macromolecules 2005,38,5271.doi:10.1021/ma0501592

(10) Liu,Y.Y.;Chen,P.K.;Luo,J.H.;Zhou,G.;Jiang,B.Acta Phys.-Chim.Sin.2010,26,2907.[劉艷艷,陳攀科,羅健輝,周 歌,江 波.物理化學學報,2010,26,2907.]doi:10.3866/ PKU.WHXB20101110

(11) Wang,Y.L.;Li,Z.W.;Liu,H.;Lü,Z.Y.Progress in Physics 2011,31,1.[王永雷,李占偉,劉 鴻,呂中元.物理學進展, 2011,31,1.]

(12) Li,Z.;Dormidontova,E.E.Macromolecules 2010,43,3521. doi:10.1021/ma902860j

(13) Denham,N.;Holmes,M.C.;Zvelindovsky,A.V.J.Phys.Chem. B 2011,115,1385.

(14) Jing,B.;Zhang,J.;Lü,X.;Zhu,Y.J.;Zhang,F.J.;Jiang,W.; Tan,Y.B.Acta Phys.-Chim.Sin.2011,27,65. [靖 波,張 健,呂 鑫,朱玥珺,張鳳久,姜 偉,譚業(yè)邦.物理化學學報,2011,27,65.]doi:10.3866/PKU.WHXB20110106

(15) Hoogerbrugge,P.J.;Koelman,J.M.V.A.Europhys.Lett.1992, 19,155.doi:10.1209/0295-5075/19/3/001

(16) Pang,J.Y.;Lü,X.;Zhang,J.;Yuan,S.L.;Xu,G.Y.Acta Phys.-Chim.Sin.2011,27,520. [龐瑾瑜,呂 鑫,張 健,苑世領(lǐng),徐桂英.物理化學學報,2011,27,520.]doi:10.3866/ PKU.WHXB20110328

(17) Koelman,J.M.V.A.;Hoogerbrugge,P.J.Europhys.Lett.1993, 21,363.doi:10.1209/0295-5075/21/3/018

(18) Zhou,H.;Mei,Y.;Wang,H.;Xie,L.J.Solution Chem.2010, 39,1243.doi:10.1007/s10953-010-9578-x

(19) Chu,Z.;Feng,Y.;Su,X.;Han,Y.Langmuir 2010,26,7783. doi:10.1021/la904582w

(21) Zhang,J.;Xie,X.M.;Li,Z.M.;Zhang,L.M.;Li,J.;Luo,P.Y. Acta Phys.-Chim.Sin.2002,18,455.[張 健,謝續(xù)明,李卓美,張黎明,李 健,羅平亞.物理化學學報,2002,18,455.] doi:10.3866/PKU.WHXB20020515

(22) Piculell,L.;Egermayer,M.;Sj?str?m,J.Langmuir 2003,19, 3643.doi:10.1021/la020912+

(23) Chen,H.;Li,E.X.;Ye,Z.B.;Han,L.J.;Luo,P.Y.Acta Phys.-Chim.Sin.2011,27,671.[陳 洪,李二曉,葉仲斌,韓利娟,羅平亞.物理化學學報,2011,27,671.]doi:10.3866/PKU. WHXB20110306

(24) Han,L.J.;Ye,Z.B.;Chen,H.;Luo,P.Y.Acta Phys.-Chim.Sin. 2012,28,1405.[韓利娟,葉仲斌,陳 洪,羅平亞.物理化學學報,2012,28,1405.]doi:10.3866/PKU.WHXB201203202

(25) XU,Y.;Feng,J.;Sang,Y.;Liu,H.Chin.J.Chem.Eng.2007, 15,560.doi:10.1016/S1004-9541(07)60124-410.1007/BF01448204

(3) Hammerschmidt,E.G.Industrial&Engineering Chemistry 1934,26,851.

(4) Rodger,P.M.;Forester,T.R.;Smith,W.Fluid Phase Equilib. 1996,116,326.doi:10.1016/0378-3812(95)02903-6

(5) Carver,T.J.;Drew,M.G.B.;Rodger,P.M.Phys.Chem.Chem. Phys.1999,1,1807.

(6) Storr,M.T.;Taylor,P.C.;Monfort,J.P.;Rodger,P.M.J.Am. Chem.Soc.2004,126,1569.doi:10.1021/ja035243g

(7) Hawtin,R.W.;Rodger,P.M.J.Mater.Chem.2006,16,1934. doi:10.1039/b600285b

(8) Moon,C.;Hawtin,R.W.;Rodger,P.M.Faraday Discuss.2007, 136,367.doi:10.1039/b618194p

(9) Zhang,J.;Hawtin,R.W.;Yang,Y.;Nakagava,E.;Rivero,M.; Choi,S.K.;Rodger,P.M.J.Phys.Chem.B 2008,112,10608. doi:10.1021/jp076904p

(10) Kvamme,B.;Huseby,G.;Forrisdahl,O.K.Mol.Phys.1997, 90,979.

(11) Kvamme,B.;Kuznetsova,T.;Aasoldsen,K.J.Mol.Graph. Model.2005,23,13.

(12) Kuznetsova,T.;Sapronova,A.;Kvamme,B.;Johannsen,K.; Haug,J.Macromol.Symp.2010,287,168.doi:10.1002/ masy.201050124

(13) Wan,L.H.;Yan,K.F.;Li,X.S.;Fan,S.S.Acta Phys.-Chim. Sin.2009,25,486.[萬麗華,顏克鳳,李小森,樊栓獅.物理化學學報,2009,25,486.]doi:10.3866/PKU.WHXB20090315

(14) Balbuena,D.A.G.;Balbuena,P.B.J.Phys.Chem.C 2007,111, 15554.doi:10.1021/jp071959c

(15) Anderson,B.J.;Radhakrishnan,R.;Tester,J.W.;Trout,B.L. Abstr.Am.Chem.Soc.2005,229,U593.

(16) Zhang,M.;Anderson,B.J.;Warzinski,R.P.;Holder,G.D. Molecular Dynamics Simulation of Hydrate Lattice Distortion. Prepr.Pap.Am.Chem.Soc.,Div.Fuel Chem.,Salt Lake City, 2009;p 237.

(17) Colle,K.S.;Oelfke,R.H.;Kelland,M.A.Polymer contg. amide unit|used for inhibiting formation of gas hydrate(s)in e.g. oil or gas pipeline;GB Patent 2301824-A,1996-12-18.

(18) Karaaslan,U.;Parlaktuna,M.Energy&Fuels 2002,16,1387. doi:10.1021/ef0200222

(19) Geng,C.Y.;Wen,H.;Zhou,H.J.Phys.Chem.A 2009,113, 5463.doi:10.1021/jp811474m

(20) Kirchner,M.T.;Boese,R.;Billups,W.E.;Norman,L.R.J.Am. Chem.Soc.2004,126,9407.doi:10.1021/ja049247c

(21) McMullan,R.K.;Jeffrey,G.A.J.Chem.Phys.1965,42,2725. doi:10.1063/1.1703228

(22) Berendsen,H.J.C.;Grigera,J.R.;Straatsma,T.P.J.Phys. Chem.1987,91,6269.doi:10.1021/j100308a038

(23) Materials Studio,Version 4.4;Accelrys Software Inc:San Diego,2008.

(24) Tse,J.S.;Klein,M.L.;McDonald,I.R.J.Phys.Chem.1983, 87,4198.doi:10.1021/j100244a044

(25) Moon,C.;Taylor,P.C.;Rodger,P.M.J.Am.Chem.Soc.2003, 125,4706.doi:10.1021/ja028537v

(26) Kelland,M.A.J.Appl.Polym.Sci.2011,121,2282.doi: 10.1002/app.33942

(27)Ajiro,H.;Takemoto,Y.;Akashi,M.;Chua,P.C.;Kelland,M.A. Energy&Fuels 2010,24,6400.doi:10.1021/ef101107r

(28) Chen,Y.J.;Wang,Y.H.;Fan,S.S.;Lang,X.M.Acta Chimica Sinica 2010,68,2253. [陳玉娟,王燕鴻,樊栓獅,郎雪梅.化學學報,2010,68,2253.]

Synergism between Hydrophobically Modified Polyacrylic Acid and Wormlike Micelles

MEI Yong-Jun1,2HAN Yi-Xiu2ZHOU Hong2YAO Lin1JIANG Bo1,*
(1College of Chemistry,Sichuan University,Chengdu 610065,P.R.China;2The Second Research Institute of Civil Aviation Administration of China,Chengdu 610041,P.R.China)

The synergism between wormlike micelles formed from sodium oleate(NaOA)and hydrophobically modified polyacrylic acid(HMPA)was investigated according to their macroscopic performances and mesoscopic scales,using a combination of viscosity/rheology measurements and dissipative particle dynamics(DPD)molecular simulations.The rheology of NaOA wormlike micelles changed significantly following the addition of a small amount of HMPA,which verified the synergistic effect between them.A peak in the apparent viscosity was observed following an increase in the concentration of HMPA,suggesting that the synergistic effect was restricted by the composition of the mixture.A DPD simulation also confirmed that the solution composition had an influence on the root mean square(RMS) end-to-end distances of HMPA,with the observed value fluctuating according to NaOA and HMPA concentrations.The micellar morphology affected the RMS end-to-end distances of HMPA and the presence of NaOA micelles exerted a significant impact on the extension of HMPA at high HMPA concentrations.A proposed synergistic mechanism has been presented according to the experimental and simulation results.

Hydrophobically modified polyacrylic acid;Wormlike micelle;Rheology;Apparent viscosity;Dissipative particle dynamics molecular simulation;Root mean square end-to-end distance

O641;O631

10.1021/ la036331h

Received:January 15,2012;Revised:April 23,2012;Published on Web:April 23,2012.

?Corresponding author.Email:jiangbo@scu.edu.cn;Tel:+86-28-85418112.

The project was supported by the National Natural Science Foundation of China and CivilAviationAdministration of China(60979020,60939001).

國家自然科學基金-民航聯(lián)合基金(60979020,60939001)資助項目

? Editorial office ofActa Physico-Chimica Sinica