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1、膠粒的雙電層理論及應用高分子化學與物理曹佳樂2014.04.09乳膠粒的形成與結構乳膠粒：在乳液聚合時，單體進入由乳化劑形成的膠束后經引發(fā)劑引發(fā)聚合后產生的膠體粒子。膠粒結構：電位離子+反離子=雙電層膠體表面電位離子通過靜電作用將溶液中的帶相反電荷離子吸附到乳膠粒周圍反離子層：①反離子吸附層（stern層）能同膠核一起運動的部分反離子由于靠近膠核，吸附較牢。②反離子擴散層反離子離膠核稍遠不隨膠核一起運動。膠核表面上的電位稱為熱力學電位，而在擴散層表面處的電位稱為ξ（zeta）電位。ξ電位只有在固液兩相發(fā)生相
2、對移動時才能呈現出來.ξ電位的大小反映了膠粒帶電的程度,其值越高表明膠粒帶電越多,擴散層越厚.雙電層穩(wěn)定原因：在雙電層中建立了靜電力和擴散力之間的平衡。形成雙電層后由于相同的乳膠粒具有相同的電荷，而相同的電荷相斥，所以乳膠粒能穩(wěn)定地懸浮在水相中。ξ電位越高，乳液就越穩(wěn)定。電解質對雙電層的作用緊密層：一般很薄，只有單層或數層離反離子擴散層：卻很厚，其厚度與溶液中的離子強度有關，離子強度越大，厚度越小，而高價離子對擴散層厚度影響更大，當擴散厚度減小時，ξ電位也隨之降低，穩(wěn)定性降低。其原因：電解質對擴散層有壓縮作
3、用（直接壓縮；進一步把反離子壓縮進緊密層，ξ電位降低，擴散層厚度降低。）離子強度：電解質的濃度，離子價數高價離子：可以進入乳膠粒的擴散層和緊密層，置換出低價離子，使雙電層的離子數目減少而壓縮擴散層，降低ξ電位。結果：由于直接壓縮，以及高價離子的離子交換和吸附作用。擴散層減小，電動電位降低，直到使全部反離子都由擴散層進入緊密層，電動電位降為零。這時膠團的吸附層中正負電荷相等，膠團變?yōu)殡娭行?，達到等電狀態(tài)（等電點），消除了水乳膠體系的穩(wěn)定性。穩(wěn)定與絮凝膠體的穩(wěn)定因素：動力學穩(wěn)定性、溶劑化穩(wěn)定、表面帶電（雙電層）
4、。高價電解質或電解質的濃度足夠大，使膠粒擴散層壓縮，ξ電位降低，膠粒間排斥作用就減弱，這時膠粒之間就會發(fā)生凝聚。當ξ為零時（等電點），乳膠粒最不穩(wěn)定，凝聚作用最劇烈，這就是用絮凝劑對乳液進行絮凝的機理。廢水處理常用的絮凝劑：①無機鹽類：硫酸鋁、明礬、三氯化鐵水合物②無機鹽類聚合物：聚合氯化鋁(PAC)、聚合硫酸鐵③有機類化合物：如高聚合的聚丙烯酸鈉，聚乙烯吡啶、聚丙烯亞胺，聚丙烯酰胺等PS:絮凝過程是比較復雜的物理、化學過程，迄今為止還沒有一個統(tǒng)一的認識（電荷中和作用、吸附/架橋作用）。帶同種電荷膠體顆粒雙
5、電層相互作用影響因素：雙電層之間的相互作用受膠體顆粒表面性質和膠體顆粒周圍溶液兩方面因素的影響。研究不同價態(tài)組合型電解質(如1價陽離子／1價陰離子，1價陽離子／2價陰離子)對雙電層相互作用的影響時發(fā)現：①同號離子比反號離子對雙電層相互作用的影響要大，尤其是高價態(tài)的同號離子在表面電位高時影響更大。②相同價態(tài)的同號離子對雙電層相互作用的影響差異不大③雙電層相互作用的程度隨電解質濃度的增加而減小。④隨著兩帶正電荷平面之間距離的減小，雙電層相互作用力會急劇地持續(xù)增加，而且總是表現為相互之間的排斥力。帶相反電荷膠體顆
6、粒雙電層相互作用膠體顆粒表面所帶的電荷有正電荷和負電荷之分，而且在一定條件下帶相反電荷的膠體顆粒可以共存于相同體系中，這種現象在自然界普遍存在。如熱帶、亞熱帶地區(qū)的可變電荷土壤。由于這類土壤中含有帶負電荷的高嶺石和帶正電荷的鐵鋁氧化物，它們所帶電荷相反，當共存于相同體系時它們表面的雙電層會發(fā)生相互作用，并對膠體性質產生影響。帶相反電荷膠體顆粒之間相互作用與膠體團聚行為的關系是人們關注的熱點。機理：由于靜電引力的作用，帶相反電荷的膠體顆粒相互靠近，導致膠體顆粒表面雙電層的擴散層發(fā)生部分重疊，從而降低膠體顆粒表
7、面的有效電荷密度。化學膠體領域應用：①利用帶相反電荷膠體顆粒之間的靜電吸引力作用，將帶相反電荷的膠體顆粒在一定條件下混合制成分子膜(LB膜），這種膜的穩(wěn)定性取決于帶相反電荷膠體顆粒的相互作用程度。Frank根據帶相反電荷膠體顆粒之間的靜電作用，通過自組裝制成雙層膠囊形的納米材料，其形成過程類似于膠體顆粒之間的團聚行為。Antonio等研究帶相反電荷膠體顆粒發(fā)生團聚時，內部結構有一個特點，每一個顆粒被帶相反電荷的顆粒所包圍，外圍再分布相同電荷的顆粒，這樣帶相反電荷的顆粒交替排列，而且隨著兩種膠體顆粒數量比的變
8、化，團聚顆粒的內部結構也發(fā)生變化。Thankyou!
