季銨鹽類Gemini表面活性劑在質(zhì)子性溶劑中聚集行為的研究.pdf

1、本論文較為系統(tǒng)地研究了陽離子型季銨鹽類Gemini表面活性劑在質(zhì)子性溶劑中的聚集行為，分別考察了表面活性劑分子結(jié)構(gòu)（包括頭基、間隔基及烷基鏈長等）以及質(zhì)子性溶劑結(jié)構(gòu)和種類對對聚集體構(gòu)建產(chǎn)生的影響。通過表面張力、低溫透射及冷凍刻蝕電子顯微鏡、偏光顯微鏡、小角X射線散射、流變學(xué)測量和紅外光譜等手段，對Gemini表面活性劑形成的各種聚集體形貌、結(jié)構(gòu)和分子間相互作用進(jìn)行了表征，主要內(nèi)容與結(jié)果如下:
　　一、研究了含羥基基團(tuán)頭基的Gemi

2、ni表面活性劑(m-4-m MEA)構(gòu)建蠕蟲狀膠束的行為。此類表面活性劑在水中能夠在無鹽條件下形成蠕蟲狀膠束。以14-4-14 MEA水體系為例，通過穩(wěn)態(tài)及動態(tài)剪切流變測量，可以證明蠕蟲膠束的形成。而蠕蟲狀膠束的形態(tài)和結(jié)構(gòu)可以通過低溫冷凍電子顯微鏡和小角X射線散射進(jìn)一步驗(yàn)證。與常規(guī)季銨鹽類Gemini表面活性劑(14-4-14)相比，14-4-14MEA在較低濃度下即可形成蠕蟲狀膠束，且在相同濃度下表現(xiàn)出更高的粘度及更優(yōu)良的粘彈性質(zhì)。分

3、子頭基的氫鍵作用可以通過紅外光譜證明。增加烷基鏈長，聚集體系的粘彈性進(jìn)一步提升，16-4-16MEA水溶液在80 mM濃度時甚至呈倒置不流動的凝膠。這是疏水作用和氫鍵協(xié)同作用的結(jié)果。所得結(jié)果表明，分子頭基上的羥基能提供額外的氫鍵作用，促進(jìn)蠕蟲狀膠束的形成和生長。
　　二、研究了間隔基含羥基基團(tuán)的Gemini表面活性劑12-3OH-12在EAN中聚集行為。表面張力的結(jié)果表明，隨著羥基的引入，12-3OH-12的臨界膠束濃度低于12-

4、3-12,且12-3OH-12在氣/液界面排列更加緊密。這表明12-3OH-12與EAN間的氫鍵作用使得表面活性劑分子排列更加緊密。在12-3OH-12/EAN體系中，能夠在很寬濃度和溫度區(qū)間內(nèi)觀察到兩膠束相分離的現(xiàn)象。通過小角X射線散射和冷凍刻蝕電子顯微鏡的觀察，上相為密堆積的膠束溶液而下相是稀的膠束溶液。12-3OH-12/EAN體系先后出現(xiàn)反六角相和反雙連續(xù)立方相，而12-3-12只能形成反六角相，這也驗(yàn)證了12-3OH-12具有

5、更小的分子頭基占據(jù)面積。但是，12-3OH-12所形成反六角相具有較差的粘彈性和熱穩(wěn)定性。這些獨(dú)特的聚集行為是由于12-3OH-12較強(qiáng)的親溶劑作用及EAN中相對較弱的組裝能力所致。
　　三、研究了Gemini表面活性劑12-2-12在一系列質(zhì)子性離子液體中的聚集行為。與硝酸乙基銨(EAN)相比，質(zhì)子性離子液體的陽離子碳鏈長度增加一或兩個亞甲基，將引起12-2-12聚集行為的重大變化。12-2-12在PAN中臨界膠束濃度較其在EA

6、N中有大幅增大，而在BAN中不能形成膠束。在12-2-12/PAN體系中，可以觀測到正六角相;在BAN體系中，正六角相、雙連續(xù)立方相、層狀相依次出現(xiàn)。上述聚集行為的變化是由于PAN和BAN疏溶劑作用較弱，更容易參與12-2-12的組裝，從而形成曲率更大的聚集體。離子液體這樣的調(diào)控作用在單鏈表面活性劑及不對稱Gemini表面活性劑體系沒有發(fā)現(xiàn)，說明12-2-12的獨(dú)特結(jié)構(gòu)也起到重要作用。
　　12-2-12在EOAN中的聚集行為與水

7、和EAN中的不同，只有層狀液晶的形成。這是因?yàn)镋OAN具有了EAN的靜電屏蔽作用及水的較強(qiáng)疏溶劑作用的優(yōu)點(diǎn)。而當(dāng)間隔基增大后(s=3,4,5,6)，體系只有六角相形成。這是由于表面活性劑有效頭基占據(jù)面積隨間隔基的增長而增大，形成了高曲率的聚集體結(jié)構(gòu)。這樣的聚集行為更好地闡明了間隔基對Gemini分子的影響。
　　四、研究了陽離子Gemini表面活性劑12-2-12和陰離子表面活性劑脫氧膽酸鈉復(fù)配體系在水中的相行為。隨脫氧膽酸鈉的加