摘 要

本文主要通过动态光散射法（DLS）研究了水合硅酸钙和聚乙二醇-聚丙烯酸接枝聚合物（PCE）在水溶液中的分子形态，然后通过改变浓度、pH、温度、有机溶剂和电解质来研究对它们的流体力学半径的影响。主要研究结果如下：

（1）通过DLS对不同条件下水合硅酸钙粒子的流体力学半径进行了测定，结果表明，浓度的增大，水合硅酸钙的流体力学半径会增加，当浓度到达0.124 mol/L左右时，水合硅酸钙粒子的流体力学半径达到一个最大值，为17 nm左右，随后水合硅酸钙浓度的增加会使硅酸钙胶体发生聚沉，流体力学半径减小。添加乙醇和正丁醇，水合硅酸钙的流体力学半径减小，说明有机溶剂会改变水合硅酸钙粒子的分子形态。 当8＜pH＜12时，水合硅酸钙的流体力学半径基本保持不变；当pH为7或者14的时候，其流体力学半径都是偏小的。添加无机盐后，水合硅酸钙的流体力学半径都减小，并且当氯化钠或硫酸钠的浓度增加到3 mol/L后，水合硅酸钙的流体力学半径几乎不变，这与无机盐的盐析作用有关。

（2）对不同浓度的PCE共聚物折光率的测定得到折光指数增量（dn/dc）为0.125。通过对PCE共聚物不同条件下表面张力和流体力学半径的测定得到的结果表明，在水溶液中添加PCE共聚物后可以有效地降低表面张力，浓度增大到一定值后，便基本不变。随着浓度的增加，PCE的流体力学半径减小。 在20~40 ℃之间，温度升高，PCE的流体力学半径增大，在40~50 ℃之间，PCE的流体力学半径几乎不变。 pH＜7时，PCE共聚物的表面张力随着pH的增大而变大，PCE共聚物的流体力学半径随着pH的增加而减小，变化量很小； pH＞7时，PCE的表面张力随着pH的增大而减小。PCE共聚物的流体力学半径逐渐增大。添加无机盐后，PCE的流体力学半径增大，而CaCl₂的影响比较明显。

关键词：动态光散射、分子形态、流体力学半径

Abstract

This paper studies the hydrated calcium silicate and polyethylene - polyacrylic acid graft polymer (PCE) molecular shape in aqueous solution by the dynamic light scattering (DLS), then studies the impact on their hydrodynamic radius by varying the concentration, pH, temperature, organic solvent and an electrolyte. The main findings are as follows:

Measured the hydrodynamic radius of hydrated calcium silicate particles under different conditions by DLS, the results show that concentration increases, the hydrodynamic radius of hydrated calcium silicate increases. When the concentration reach around 0.124mol/L, hydrodynamic radius of hydrated calcium silicate particles reaches a maximum value, around 17nm. Then when the concentration of calcium silicate hydrate increases, calcium silicate colloid coagulation occurs, Hydrodynamic radius decreases. Adding ethanol and butanol, hydrodynamic radius of hydrated calcium silicate decreases, it means the organic solvent will change the molecular shape of hydrated calcium silicate particles. When 8＜pH＜12, hydrodynamic radius of the hydrated calcium silicate essentially unchanged; when pH=7 or 14, hydrodynamic radius is too small. After adding an inorganic salt, hydrodynamic radius of hydrated calcium silicate are reduced, and when the concentration of sodium chloride or sodium sulfate increase to 3mol/L, hydrodynamic radii is almost unchanged hydrated calcium silicate, this is related to inorganic salting.

Determination of the concentration of PCE copolymer of different refractive index to obtain refractive index increment (dn / dc) of 0.125, the results measured under different conditions PCE copolymer hydrodynamic radius obtained by surface tension and DLS show that it can effectively reduce the surface tension of the aqueous solution after addition of the PCE copolymer, concentration was increased to a certain value, they remain basically unchanged. With increasing concentration, PCR hydrodynamic radius decreases. Between 20 ~ 40 ℃, the temperature rises, PCE hydrodynamic radius increases, between 40 ~ 50 ℃, PCE hydrodynamic radius almost unchanged. When pHlt;7, PCE copolymers of surface tension with increasing pH becomes large, PCE copolymers hydrodynamic radius decreases with increasing pH, and it is a small amount of change. When pHgt;7, PCE surface tension decreases with increasing pH. PCE copolymers of the hydrodynamic radius increases. After adding an inorganic salt, PCE hydrodynamic radius increases, and the effect of CaCl₂ is more obvious.

Key Words：Dynamic light scattering; Molecular form; Hydrodynamic radius

目录

摘要 I

Abstract II

目录 III

第1章 绪论 1

1.1聚合物分子形态研究方法 1

1.2动态光散射（DLS） 2

1.2.1 光散射及动态光散射 2

1.2.2动态光散射理论 4

1.2.3 DLS测聚合物分子形态和胶体半径研究进展 7

1.3 本文主要研究内容 9

第2章 DLS法测水合硅酸钙粒子形态及其影响因素 10

2.1 实验部分 10

2.1.1试剂与仪器 10

2.1.2 水合硅酸钙粒子形态的测定 10

2.2 结果与讨论 11

2.2.1浓度对硅酸钙粒子形态的影响 11

2.2.2有机溶剂对水合硅酸钙粒子形态的影响 12

2.2.3 pH对水合硅酸钙粒子形态的影响 13

2.2.4无机离子对水合硅酸钙粒子形态的影响 14

2.4 本章小结 16

第3章 聚乙二醇和聚丙烯酸共聚物分子形态的测定及其影响因素 17

3.1 实验部分 17

3.1.1试剂与仪器 17

3.1.2 PCE分子形态的测定 18

3.2 结果与讨论 19

3.2.1 PCE的分子结构和溶液浓度对PCE分子形态的影响 19

3.2.2温度对PCE分子形态的影响 20

3.2.3 pH对PCE分子形态的影响 21

3.2.4无机离子对PCE分子形态的影响 22

3.3 本章小结 25

第4章 结论 26

致谢 27

参考文献 28

第1章 绪论

1.1聚合物分子形态研究方法

聚合物的尺寸和微观结构会影响其物理学和生物学稳定性，基于聚合物各部分的化学性质和分子量，目前主要采用凝胶渗透色谱法，粘度法、质谱法和光散射法等对高分子的形态和尺寸进行分析。

（1）凝胶渗透色谱法

凝胶渗透色谱法（Gal Permeation ChromatograpHy，简称GPC）是文献中提到的可以表征高分子分子量及其分布的方法。1959年，Porach和Flodin^[1]首次利用色谱分离并检测出水溶性不同聚合物的分子量。在科学家们的努力下，凝胶渗透色谱得到了迅速的发展，逐渐出现了多种校正分子量的方法。如Brugnerotto等^[2]利用GPC对壳聚糖样品进行表征，得到分子量信息。

目前，GPC已经发展成为一个有效的测试方法，用来测试聚合物的分子量及其分布。