外界條件對陰-陽離子表面活性劑囊泡體系聚集行為的影響.pdf

1、當(dāng)表面活性劑的濃度高于其臨界膠束濃度(critical micelle concentration,cmc)時,可以在溶液中自發(fā)形成各種有序聚集體,如球狀膠束、棒狀膠束、蠕蟲狀膠束、囊泡、層狀液晶等。這些有序結(jié)構(gòu)的形成和性質(zhì)決定了表面活性劑在工業(yè)中的諸多功用,如作為藥物載體、仿生物膜、微反應(yīng)器等。當(dāng)溶液中含有兩種或兩種以上表面活性劑時,會產(chǎn)生協(xié)同作用,從而具有很多獨(dú)特性質(zhì):如低臨界聚集濃度、低界面張力、形成的聚集體種類豐富等。這些性質(zhì)使

2、混合表面活性劑體系具有了更高的工業(yè)應(yīng)用價值。
　　 本論文系統(tǒng)研究了離子強(qiáng)度、溫度、溶劑極性、剪切力等外界因素對混合表面活性劑體系聚集行為的影響,用基本的物理化學(xué)知識闡述了產(chǎn)生這些影響的本質(zhì)因?yàn)?希望能達(dá)到通過調(diào)控外界條件來控制表面活性劑聚集體形貌的最終目的。具體研究內(nèi)容如下:
　　 第一章中簡要介紹了與本論文密切相關(guān)的基本知識、國內(nèi)外近幾年的研究動態(tài)及論文選題的科學(xué)意義。在第二章至第四章中,分別研究了離子強(qiáng)度、溫度和溶

3、劑極性對碳?xì)潢?陽離子表面活性劑混合體系的影響:第二章中選取陽離子表面活性劑十四烷基三甲基氫氧化銨(TTAOH)和陰離子表面活性劑月桂酸(LA)按摩爾比1:1復(fù)配形成的無鹽的陰/陽離子表面活性TTAL囊泡體系,研究了小分子無機(jī)鹽NaBr對其聚集行為的影響,著重探討了極高鹽度下TTAL聚集行為的變化情況。研究主要圍繞小分子無機(jī)鹽對表面電荷的屏蔽作用展開,囊泡雙分子層上的表面電荷間的斥力是溶液中聚集體穩(wěn)定分散的來源,加入的少量NaBr電離出

4、的Na+和Br-會屏蔽表面電荷間的斥力,導(dǎo)致囊泡發(fā)生聚集。當(dāng)陰/陽離子表面活性劑與加入NaBr的濃度接近1:1時,由于表面活性劑密度比水小,聚集后的囊泡形成白色“沉淀”浮在溶液上層。當(dāng)NaBr的濃度超過TTAL的濃度時,體系逐漸變?yōu)榫哂须p折射紋理的均相,鹽度越高溶液越澄清,直至達(dá)到NaBr的飽和溶解度為止。
　　 溫度是影響聚集體存在的重要因素,因此,第三章中研究了溫度對陰/陽離子表面活性劑混合體系的影響。選取的是TTAL/Na

5、Br/H2O形成的“沉淀”/膠束兩相體系,研究其在不同溫度下的聚集行為變化。當(dāng)溫度升高到表面活性劑的鏈熔化溫度以上,處在上層“沉淀”相中密堆積的多層囊泡結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)槿S網(wǎng)絡(luò)狀雙層結(jié)構(gòu)并分布在整個體相溶液中,形成了具有雙折射紋理的均相,并且體系的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化溫度隨含鹽量的增加而升高。相轉(zhuǎn)變的因?yàn)橹饕怯捎跍囟鹊纳咴黾恿四遗蓦p分子層間的Helfrich自由能,導(dǎo)致層與層間斥力增加,原來密堆積的雙分子層腫脹后重新閉合形成三維網(wǎng)絡(luò)狀的雙分子層結(jié)構(gòu)造

6、成的。
　　 除鹽度和溫度外,溶劑的極性也是影響表面活性劑聚集行為的重要因素。在第四章中用甘油來逐步替代“沉淀”/膠束兩相體系中的水溶劑來研究溶劑極性對此含鹽陰/陽離子表面活性劑混合體系的影響。兩相體系是由陽離子表面活性劑十四烷基三甲基溴化銨(TTABr)與陰離子表面活性劑月桂酸鈉(SL)按摩爾比1:1復(fù)配形成的TTAL和相同物質(zhì)量的NaBr組成。當(dāng)甘油占總?cè)軇┑臐舛雀哂?0％時,會提高TTAL在混合溶劑中的cmc,降低在體相溶

7、液中形成聚集體的聚集數(shù),導(dǎo)致體系發(fā)生了由Lα單相到Lα/L1兩相最終到L1單相的一系列相變突躍。而當(dāng)甘油濃度低于40％時,體系中分布在上相的密堆積的囊泡雙層發(fā)生腫脹,變成了均一的Lα單相,形成了尺寸比較小的囊泡。這是因?yàn)槿軇O性的改變會導(dǎo)致折射率發(fā)生變化,當(dāng)溶劑的折射率與溶質(zhì)折射率相匹配時,體系的Van der Waals引力最小,這時斥力占主導(dǎo),引起了雙分子層的腫脹。
　　 剪切力是表面活性劑混合體系中經(jīng)常引入的外加力,也是需

8、要考慮的重要外界因素。由于陰/陽離子表面活性劑體系中兩類分子間的靜電作用力很強(qiáng),剪切力對其作用相對較弱。因此我們在第五章中選取了非離子表面活性劑帶有五個乙氧基的十三烷基醇(IT5)與陰離子表面活性劑十二烷基硫酸鈉(SDS)形成的粘彈性較高的多層囊泡體系,研究不同剪切力對其結(jié)構(gòu)的影響。將此溶液置于流變儀的轉(zhuǎn)筒.轉(zhuǎn)子夾具中,施以不同速率的剪切力,溶液中的多層囊泡的外層會被剪切力脫去,形成新的單層囊泡,數(shù)量密度的增加提高了整個體系的粘彈性。當(dāng)

9、溶液被置于乳化器中被施以不同的壓力來引入剪切時,體系的粘彈性完全喪失,Cryo-TEM照片顯示體系中形成了直徑較小的單層囊泡,而囊泡之間的間距相對增大,因此體系不再會因?yàn)槟遗莺湍遗葜g的密集排列相互擠壓而產(chǎn)生粘彈性。通過進(jìn)一步的擬合發(fā)現(xiàn)對乳化器施加的壓力和形成囊泡的直徑間呈線性關(guān)系。因此,可以通過調(diào)節(jié)乳化器的壓力來控制囊泡的大小。
　　 在論文的最后一章中研究了外加表面電荷和剪切力對兩性離子表面活性劑十四烷基二甲基氧化胺C14D