增稠剂结构和剪切历史对防冰液低剪切黏度的影响及机理研究

增稠型飞机防冰液是由聚合物增稠剂、润湿剂和缓蚀剂等组成的醇水混合体系，对保障飞机冰雪气候下的飞行安全有重要作用。聚合物增稠剂提供的高黏度和流变学特性是影响飞机防冰液防冰性能和低温空气动力学性能的关键性因素。目前国内外相关的研究报道多限于专利和产品资料的形式，在对防冰性能有重要影响的低剪切黏度研究方面未见相关报道，开展增稠剂结构和剪切作用对防冰液低剪切黏度的影响和机理研究国内尚属首次。本项目通过制备具有不同结构的模型增稠剂疏水改性聚（甲基）丙烯酸，采用粘度法、动态流变法、剪切振荡叠加技术、触变及滞后回线分析和荧光探针分析等方法，研究其水/醇溶液以及电解质或表面活性剂存在条件下，低剪切黏度明显受剪切历史影响的主要因素和作用机理。本项目对于揭示剪切作用下疏水改性聚合物的疏水缔合机制，探索提高飞机防冰液的防冰时间和凝胶性能的机理以及保障航空安全有着实际价值和重要意义。

制备了系列不同分子量，交联度和不同疏水基侧链结构、性质及数量的防冰液模型疏水改性聚（甲基）丙烯酸类增稠剂，表征了增稠剂分子结构和基本性能。采用动力学模拟、流变学及表面张力测试等方法考察了增稠剂结构参数、溶液组成及剪切作用对体系低剪切黏度和流变行为的影响。模型增稠剂溶液低剪切黏度和流变行为受其分子量及交联度制约；随着疏水链个数和长度的增加，溶液低剪切黏度和假塑性增加；动力学模拟表明形成疏水缔合网络结构是体系具有假塑性的主要原因；浓度增加和分子构象舒展都有助于体系低剪切黏度和假塑性增强。电解质浓度增加导致增稠剂分子蜷曲以及网络结构收缩，假塑性下降；剪切作用使分子链舒展，一定程度恢复流变性；表面活性剂胶束提高增稠剂的耐电解质特性。增稠剂分子与胶束结构通过缔合和缠绕双重作用构建网络，相比单组分体系，缠绕结点更密集，模量明显增大。剪切作用破坏混合体系网络结构的缠绕和缔合结构。体系网络结构受到剪切破坏后，含疏水改性增稠剂的混合体系由于松弛时间延长，其低剪切粘度需要更长时间达到平衡值；在线性粘弹区，小幅增加增稠剂浓度则导致混合体系的弹性模量大幅增加，使混合体系具有更完善网络结构。