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研究生:郭鴻緯
研究生(外文):Hung-Wei Kuo
論文名稱:N-月桂基醯胺基乙磺酸鈉與乙烯四氫吡咯酮對高嶺土懸浮液吸附性和流變性之影響
論文名稱(外文):Effect of Sodium N-lauroyl taurate and Polyvinylpyrrolidone on the Adsorption and Rheology of Kaolinite Suspension
指導教授:林獻財官常慶官常慶引用關係
指導教授(外文):non1
學位類別:碩士
校院名稱:靜宜大學
系所名稱:應用化學研究所
學門:自然科學學門
學類:化學學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2002
畢業學年度:90
語文別:中文
論文頁數:136
中文關鍵詞:體積分率相對黏度N-月桂基醯胺基乙磺酸鈉聚乙烯四氫吡咯酮空間分率流變性質
外文關鍵詞:void fraction of the flow unitvolume fractionrelative viscosityPVPpolyvinyl pyrrolidonesodium N-lauroyl taurate
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將合成並經純化的N-月桂基醯胺基乙磺酸鈉,與聚乙烯四氫吡咯酮配製成各種不同濃度的溶液。利用表面張力計測定其表面張力以及利用毛細管黏度計測定其黏度;之後再加入固定量的高嶺土到上述的水溶液系統中,經過超音波攪拌機攪拌形成懸浮液之後,以錐-板式黏度計測定其流變特性。
利用懸浮液之流動曲線計算求得賓漢啟動值及塑性黏度,再由懸浮液之塑性黏度與水溶液系統之黏度計算出相對黏度、體積分率、空間分率等流變性質,進而由其變化情形探討N-月桂基醯胺基乙磺酸鈉與聚乙烯四氫吡咯酮對高嶺土懸浮液流變性質的影響因素。
Surfactant of sodium N-lauroyl taurate were synthetized and purified. The surface tensions and the viscosities of surfactant in the presence of polyvinyl pyrrolidone(PVP) were measured by the tensiometer and the capillary viscometer. The rheological properties of the Kaolin dispersing in this surfactant solution were determined by the conel-plate viscometer. Bingham yield value and the plastic viscosity were calculated from flow curved of suspensions. The rheological properties were studied in terms of relative viscosity、volume fraction and void fraction of the flow unit. The influence of surfactant and PVP on the rheological property of concentrated Kaolin suspension was discussed.
總目錄
中文摘要…………………………………………………………………...I
英文摘要…………………………………………………………………..II
總目錄…………………………………………………………………….III
主文目錄………………………………………………………………….IV
表索引…………………………………………………………………….IX
圖索引…………………………………………………………………...XII






















主文目錄
壹、緒論……………………………………………………………………1
1-1 前言……………………………………………………………………1
1-2 界面活性劑的認識…………………………………………………3
1-2-1 界面活性劑的定義及特徵….…………………………………3
1-2-2 界面活性劑的分類……………………………………………4
1-2-3 界面活性劑的應用……………………………………………6
1-3界面活性劑的界面性質....………………………………………...10
1-3-1 界面活性劑之基本性質….…………………………………..10
1-3-2 液體表面或界面之吸附現象………………………………..10
1-3-3 微胞的形成(micellization)………………………………..12
1-4 界面活性劑與高分子的關係……………………………….…….15
1-4-1 複合物(complex)的形成機構…………………………….15
1-4-2 支配高分子-界面活性劑間的作用力.............................….16
1-4-3 高分子之結構及疏水性……………………………………..17
1-4-4 界面活性劑與高分子吸附之情形…………………………..17
1-4-5 界面活性劑與高分子混合物的表面張力變化……………..19
1-5 界面活性劑與高分子在固體表面的吸附……….……………….21
1-5-1 界面活性劑在固體表面之吸附………………………..……21
1-5-2 高分子在固體表面的吸附………………………………..…23
1-6 高分子聚乙烯四氫吡咯酮(Polyvinyl Pyrrolidone)的介紹…..26
1-6-1 高分子的定義………………………………………………..26
1-6-2 聚乙烯四氫吡咯酮的介紹…………………………………..27
1-6-3 聚乙烯四氫吡咯酮的應用….………………...……………..29
1-7 高嶺土的介紹….…………………………...…….……………….30
1-7-1概述……………………………………………………………30
1-7-2 高嶺土之基本結構及特性…….……………………………..30
1-7-3 高嶺土之用途.....…….…..….......……..…..….................…...35
1-8 表面張力(Surface tension).……...……...…..…….......……….37
1-8-1 表面張力……………....…….......……………....………...…37
1-8-2 表面張力的測定方法………………………………………..38
1-8-3 界面張力的測定方法………..…..……..…..…..…………....39
1-8-4 降低表面張力的效率(Efficiency).……..…….….......…..40
1-8-5 降低表面張力的效果…...…..……..……..…............…...…..41
1-9 流變學(rheology).……………...……………………………...42
1-9-1 流變學概述…..….……..……………………………...……..42
1-9-2 水溶液高分子溶液之流變……………………….………….46
1-9-3 懸浮溶液(suspension)之流變………………………..……49
1-10 黏度(viscosity)………………………………………….…….56
1-10-1 黏度定義……….……………………………………………56
1-10-2 泊司爾(Poiseuille)方程式及毛細管黏度計……………58
1-10-3 錐-板型黏度計(cone-and-plate viscometer)……….61
1-10-4 常用之黏度計其設計原理…………………………………63
貳、文獻回顧…………………………………………………………….64
參、研究目的……………………………………………………………..66
肆、實驗…………………………………………………………….……67
4-1 儀器及藥品…...……..….....…..…....……...……........…………...67
4-1-1 儀器…………………………………………………………..67
4-1-2 藥品…………………………………………………………..69
4-2 N-月桂基醯胺基乙磺酸鈉之合成步驟及純化……….…………..71
4-2-1反應式………………………………..…..…..……….………71
4-2-2合成步驟……………………………...………………………71
4-2-3 純化…………………………………………………………..71
4-2-4 化合物鑑定…….….....…....…………..…….….....….….…..72
4-3表面張力之測定…….…..…………..…..………..………………..73
4-3-1測定前的處理…………………………………………………73
4-3-2表面張力之測定………………………………………………73
4-4 溶液黏度之測定…………………………………………………..75
4-4-1溶液黏度測定前的處理………………………………………75
4-4-2 溶液黏度之測定……………………………………………..75
4-4-3 數據處理………………………………………………….….76
4-5 高嶺土懸浮液黏度之測定……………………………………….77
4-5-1 高嶺土懸浮液黏度測定前的處理…………………………..77
4-5-2高嶺土懸浮液黏度之測定…………………………….……..78
4-5-3 數據處理…………………………………………………......79
伍、結果與討論…………………………………………………….……80
5-1化合物之結構鑑定………………………………………………...80
5-2 高嶺土之密度及實際體積分率的測量…………………………..83
5-3 表面張力的測定…………………………………………………..84
5-4 界面活性劑與高分子水溶液之黏度……………………………..86
5-4-1 溶液黏度(viscosity)……………………………………….92
5-4-2對比黏度(reduced viscosity)…………………………………93
5-5 高嶺土懸浮液之流動曲線(flow curve)………………………....95
5-6 高嶺土懸浮液之相對黏度(relative viscosity)…………………110
5-6-1 N-月桂基醯胺基乙磺酸鈉與高嶺土懸浮液系統….............111
5-6-2 PVP與高嶺土懸浮液系統…………………………………..116
5-7 賓漢啟動值(Bingham yield value)……………………………..121
5-7-1 N-月桂基醯胺基乙磺酸鈉與高嶺土之賓漢啟動………….122
5-7-2 PVP與高嶺土懸浮液系統之賓漢啟動值………………….123
5-8 懸浮粒子之體積分率(volume fraction)……………………..124
5-9 二次粒子之空間分率(void fraction)…………………………126
5-9-1 N-月桂基醯胺基乙磺酸鈉與高嶺土之空間分率………….128
5-9-2 PVP與高嶺土懸浮液系統之空間分率…………………….129
陸、結論………………………………………………………………...130
柒、參考文獻……………………………………………………………132











表索引
表1-1 PVP商品特性(a)粉末(b)水溶液 狀態……………………..30
表1-2高嶺土之物理性質和化學成份之分析…………………………...38
表1-3溶液黏度之命名與公式……………………………………….…..51
表3-1 N-月桂基醯胺基乙磺酸鈉之物理性質……………………….….79
表3-2 N-月桂基醯胺基乙磺酸鈉與高分子水溶液之表面張力………..84
表3-3 N-月桂基醯胺基乙磺酸鈉水溶液之黏度性質………….…....….87
表3-4 N-月桂基醯胺基乙磺酸鈉對PVP水溶液之黏度性質……….….87
表3-5 N-月桂基醯胺基乙磺酸鈉對PVP水溶液之黏度性質………..…88
表3-6 N-月桂基醯胺基乙磺酸鈉對PVP水溶液之黏度性質………….88
表3-7 N-月桂基醯胺基乙磺酸鈉對PVP水溶液之黏度性質………….89
表3-8 N-月桂基醯胺基乙磺酸鈉與PVP水溶液之溶液黏度η…..……90
表3-9 N-月桂基醯胺基乙磺酸鈉與PVP水溶液之相對黏度ηr….……90
表3-10 N-月桂基醯胺基乙磺酸鈉與PVP水溶液之比黏度ηsp………..91
表3-11 N-月桂基醯胺基乙磺酸鈉與PVP水溶液之對比黏度ηred…….91
表3-12 N-月桂基醯胺基乙磺酸鈉對高嶺土懸浮液系統之變性質…..101
表3-13 N-月桂基醯胺基乙磺酸鈉與PVP對高嶺土懸浮液之流變性質
(PVP濃度為0.1 g/dL)………………………………………………..101
表3-14 N-月桂基醯胺基乙磺酸鈉與PVP對高嶺土懸浮液之流變性質
(PVP濃度為0.5 g/dL)……………………………….………………..102
表3-15 N-月桂基醯胺基乙磺酸鈉與PVP對高嶺土懸浮液之流變性質
(PVP濃度為0.8 g/dL)…………………………….….……………….102
表3-16 N-月桂基醯胺基乙磺酸鈉與PVP對高嶺土懸浮液之流變性質
(PVP濃度為1.0 g/dL)………………………………..……………….103
表3-17 PVP對高嶺土懸浮液系統之流變性質
(N-月桂基醯胺基乙磺酸鈉濃度為0.0 mM)………..………………104
表3-18 PVP與N-月桂基醯胺基乙磺酸鈉對高嶺土懸浮液之流變性質
(N-月桂基醯胺基乙磺酸鈉濃度為1.0 mM)………….……………..104
表3-19 PVP與N-月桂基醯胺基乙磺酸鈉對高嶺土懸浮液之流變性質
(N-月桂基醯胺基乙磺酸鈉濃度為2.0 mM)…………..…………….105
表3-20 PVP與N-月桂基醯胺基乙磺酸鈉對高嶺土懸浮液之流變性質
(N-月桂基醯胺基乙磺酸鈉濃度為3.0 mM)…………………………105
表3-21 PVP與N-月桂基醯胺基乙磺酸鈉對高嶺土懸浮液之流變性質
(N-月桂基醯胺基乙磺酸鈉濃度為4.0 mM)………………………..106
表3-22 PVP與N-月桂基醯胺基乙磺酸鈉對高嶺土懸浮液之流變性質
(N-月桂基醯胺基乙磺酸鈉濃度為5.0 mM)………………………..106
表3-23 PVP與N-月桂基醯胺基乙磺酸鈉對高嶺土懸浮液之流變性質
(N-月桂基醯胺基乙磺酸鈉濃度為6.0 mM)……………………..…..107
表3-24 PVP與N-月桂基醯胺基乙磺酸鈉對高嶺土懸浮液之流變性質
(N-月桂基醯胺基乙磺酸鈉濃度為7.0 mM)……………………..…..107
表3-25 PVP與N-月桂基醯胺基乙磺酸鈉對高嶺土懸浮液之流變性質
(N-月桂基醯胺基乙磺酸鈉濃度為8.0 mM)……………………........108
表3-26 PVP與N-月桂基醯胺基乙磺酸鈉對高嶺土懸浮液之流變性質
(N-月桂基醯胺基乙磺酸鈉濃度為9.0 mM)…………………..…….108
表3-27 PVP與N-月桂基醯胺基乙磺酸鈉對高嶺土懸浮液之流變性質
(N-月桂基醯胺基乙磺酸鈉濃度為10.0 mM)………………………109
表3-28高嶺土懸浮液系統之賓漢啟動值…………………………..…121
表3-29高嶺土懸浮粒子之體積分率………………………………..…125
表3-30 高嶺土二次粒子之空間分率………………………………….127










圖索引
圖1-1 界面活性劑分子的基本結構………………………...……………3
圖1-2 雙子星界面活性劑分子簡圖…………………………...…………4
圖1-3 表面張力對濃度的對數值及濃度變化的吸附情形……...……..11
圖1-4 界面活性劑於水溶液中的溶解狀態………………………...…..12
圖1-5 各種微胞的形狀……………………………………………….....13
圖1-6 界面活性劑水溶液於臨界微胞濃度附近之物性變化………….14
圖1-7 界面活性劑與高分子形成珠串複合物……………………….....16
圖1-8 高分子鏈膨脹現象…………………………………………...…..18
圖1-9 高分子鏈收縮現象…………………………………………...…..18
圖1-10 高分子吸附微胞表面的現象………………………………...…18
圖1-11 界面活性劑與高分子表面張力之變化………………………...20
圖1-12 界面活性劑分子於固體表面之吸附現象……………………...22
圖1-13 高分子在固體表面的吸附現象………………………………...23
圖1-14 高分子在固體表面吸附時的立體安定性模型……………..….24
圖1-15 高分子在粒子間的架橋凝絮現象………………………….…..24
圖1-16 高分子在不同範圍濃度溶液的形狀……………………….…..28
圖1-17 黏土的基本結構…………………………………………….…..33
圖1-18 黏土的基本構造………………………………………….…..…34
圖1-19 高嶺土的化學結構………………………....………………...…35
圖1-20 高嶺土之原子結構…………………………………………...…36
圖1-21 液體內部分子與表面分子間的吸引力……………………...…40
圖1-22 威氏鉑片法……………………………………………………...41
圖1-23 各類流體之流動曲線…………………………………………...45
圖1-24 高分子鏈之間的纏繞情況……………………………………...48
圖1-25 高分子溶液之流動性…………………………………………...50
圖1-26 固體懸浮液中分散粒子之凝絮現象………………………..….52
圖1-27 兩平行板間之流體流動的速度遞變率…………………….…..58
圖1-28 原柱形毛細管的流動示意圖……………………………….…..60
圖1-29 錐-板型黏度計設計原理………………………………….…..63
圖2-1 Krüss K12表面張力計外觀圖……………………………….…...73
圖2-2 Ubbelohbe 毛細管黏度計之結構圖………………………….…..75
圖2-3超音波均質機外觀圖………………………………………….…..76
圖2-4 Brookfield DVIII+黏度計外觀……………………………………77
圖3-1 N-月桂基醯胺基乙磺酸鈉之I.R.光譜圖………………………...80
圖3-2 N-月桂基醯胺基乙磺酸鈉之N.M.R.光譜圖…………………….81
圖3-3 溶液表面張力對N-月桂基醯胺基乙磺酸鈉濃度對數關係圖…85
圖3-4 溶液黏度對N-月桂基醯胺基乙磺酸鈉濃度之關係圖…………92
圖3-5 對比黏度對N-月桂基醯胺基乙磺酸鈉濃度之關係圖…………93
圖3-6 PVP與高嶺土懸浮液系統之流動曲線……………………….….96
圖3-7 N-月桂基醯胺基乙磺酸鈉與高嶺土懸浮液系統之流動曲線…..96
圖3-8 N-月桂基醯胺基乙磺酸鈉與固定PVP濃度(0.1 g/dL)及高嶺土懸浮液系統之流動曲線………………………………………………….97
圖3-9 N-月桂基醯胺基乙磺酸鈉與固定PVP濃度(0.5 g/dL)及高嶺土懸浮液系統之流動曲線………………………………………………….97
圖3-10 N-月桂基醯胺基乙磺酸鈉與固定PVP濃度(0.8 g/dL)及高嶺土懸浮液系統之流動曲線……………………………………………….98
圖3-11 N-月桂基醯胺基乙磺酸鈉與固定PVP濃度(1.0 g/dL)及高嶺土懸浮液系統之流動曲線……………………………………………….98
圖3-12 PVP與固定N-月桂基醯胺基乙磺酸鈉濃度(1 mM)及高嶺土懸浮液系統之流動曲線………………………………………………….99
圖3-13 PVP與固定N-月桂基醯胺基乙磺酸鈉濃度(3 mM)及高嶺土懸浮液系統之流動曲線………………………………………………….99


圖3-14 PVP與固定N-月桂基醯胺基乙磺酸鈉濃度(5 mM)及高嶺土懸浮液系統之流動曲線………………………………………………...100
圖3-15 PVP與固定N-月桂基醯胺基乙磺酸鈉濃度(7 mM)及高嶺土懸浮液系統之流動曲線………………………………………………...100
圖3-16 N-月桂基醯胺基乙磺酸鈉與高嶺土懸浮液之相對黏度關係圖
(PVP濃度為0.0 g/dL)………………………………………………..111
圖3-17 高嶺土之edge面在不同條件下其電荷之改變………………113
圖3-18 相反電荷的界面活性劑在固體粒子表面吸附造成粒子表面電荷反轉過程之示意圖………….......….………………………………...114
圖3-19 PVP與固定N-月桂基醯胺基乙磺酸鈉濃度的高嶺土懸浮液之相對黏度關係圖…………………………………............………...……....115
圖3-20 PVP與高嶺土懸浮液之相對黏度關係圖……………………..116
圖3-21 隨高分子濃度之增加其固體粒子聚集的方式……………….116
圖3-22 N-月桂基醯胺基乙磺酸鈉與固定PVP濃度的高嶺土懸浮液之相對黏度關係圖………………………………………………….………..118
圖3-23 PVP與固定N-月桂基醯胺基乙磺酸鈉濃度的高嶺土懸浮液之賓漢啟動值關係圖………………………………………………………...122


圖3-24 N-月桂基醯胺基乙磺酸鈉與固定PVP濃度的高嶺土懸浮液之賓漢啟動值關係圖………………………………………………………...123
圖3-25 PVP與固定N-月桂基醯胺基乙磺酸鈉濃度的高嶺土懸浮液之空間分率關係圖…………………………………………………………...128
圖3-26 N-月桂基醯胺基乙磺酸鈉與固定PVP濃度的高嶺土懸浮液之空間分率關係圖…………………………………………………………...129
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