新型有機(jī)硅室溫離子液體的合成及性能研究.pdf

1、表面活性離子液體由于集成了表面活性劑和離子液體的優(yōu)點(diǎn),在酶催化、潤(rùn)滑劑、傳熱介質(zhì)和氣體存儲(chǔ)等眾多領(lǐng)域中具有潛在應(yīng)用價(jià)值。目前,對(duì)表面活性離子液體的研究大多集中在帶有長(zhǎng)鏈飽和烷烴的咪唑基和吡啶基離子液體上。但是,此類離子液體普遍表面活性較差且熔點(diǎn)較高,大大限制了其應(yīng)用范圍。因此,如何合成出新型的具有高表面活性、強(qiáng)聚集能力且低熔點(diǎn)的離子液體成為膠體與界面化學(xué)領(lǐng)域一項(xiàng)具有挑戰(zhàn)性和重要性的課題。該課題的研究對(duì)表面活性離子液體新品種的開發(fā)及應(yīng)用領(lǐng)

2、域的拓展具有重要的意義。
　　本論文以短鏈的氨基有機(jī)硅氧烷與低碳有機(jī)酸通過酸堿中和法合成出了一系列結(jié)構(gòu)新穎的表面活性有機(jī)硅室溫離子液體?？疾炝瞬煌娜〈滈L(zhǎng)度、有機(jī)硅氧烷類型、反離子烷基鏈長(zhǎng)度及反離子數(shù)對(duì)有機(jī)硅氧烷室溫離子液體在水溶液中的表面活性及聚集行為的影響。論文主要包括以下幾個(gè)方面的內(nèi)容:
　　(1)簡(jiǎn)要總結(jié)了有機(jī)硅表面活性劑的性質(zhì)及其在水溶液中的聚集行為;介紹了離子液體的發(fā)展、性質(zhì)及應(yīng)用,對(duì)表面活性離子液體近年來的

3、研究進(jìn)展進(jìn)行了重點(diǎn)介紹;并在此基礎(chǔ)上提出了本論文的選題意義及主要研究?jī)?nèi)容。
　　(2)設(shè)計(jì)、合成了三種單氨基三硅氧烷表面活性室溫離子液體[Si(3)N-CA(n) n=1,2,3],并通過紅外、核磁共振及元素分析對(duì)其結(jié)構(gòu)進(jìn)行了鑒定。采用表面張力、電導(dǎo)率對(duì)其在水溶液中的吸附行為進(jìn)行了研究,結(jié)果顯示,相比傳統(tǒng)的咪唑基和吡啶基離子液體,這三種表面活性離子液體均具有較高的表面活性,能夠把水的表面張力降低至20 mN/m左右。通過動(dòng)態(tài)光散射

4、、負(fù)染色透射電鏡及超低溫電鏡對(duì)其在水溶液中的聚集行為進(jìn)行了研究,發(fā)現(xiàn)這三種離子液體在濃度超過臨界聚集濃度(CAC)后,在水溶液中形成了多室囊泡,且囊泡的數(shù)量隨著反離子鏈長(zhǎng)的增長(zhǎng)而增多。此外,通過堆積參數(shù)理論對(duì)體系中囊泡形成的機(jī)理進(jìn)行了解釋。
　　(3)在第二部分所研究的分子結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上,通過改變?nèi)〈滈L(zhǎng)度,合成了三種1:1型雙氨基三硅氧烷表面活性室溫離子液體[Si(3)N-CA(n) n=1,2,3],并對(duì)其結(jié)構(gòu)進(jìn)行了鑒定。采用表

5、面張力、電導(dǎo)率、負(fù)染色電鏡和動(dòng)態(tài)光散射對(duì)其在水溶液中的表面張力和聚集行為進(jìn)行了詳細(xì)考察。結(jié)果表明,取代基鏈長(zhǎng)度對(duì)有機(jī)硅室溫離子液體在水溶液中的吸附行為有一定的影響;三種表面活性離子液體的表面張力曲線上均出現(xiàn)了兩個(gè)明顯的拐點(diǎn),意味著其在水溶液中有著豐富的聚集行為;通過對(duì)摩爾電導(dǎo)率曲線的進(jìn)一步分析說明這三種離子液體在低濃度區(qū)均形成了離子對(duì);其CAC值明顯低于取代基較短的[Si(3)N-CA(n) n=1,2,3];且這三種表面活性離子液體均

6、能在水溶液中自發(fā)形成囊泡。
　　(4)在第三部分所研究的分子結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上,增加反離子數(shù)目,合成了三種1:2型雙氨基三硅氧烷表面活性室溫離子液體[Si(3)N-2CA(n) n=1,2,3],并對(duì)其結(jié)構(gòu)進(jìn)行了鑒定。對(duì)三種離子液體在不同溫度下的外觀形貌照片進(jìn)行了分析,結(jié)果表明隨著三種離子液體反離子鏈長(zhǎng)的增長(zhǎng),其熔點(diǎn)逐漸升高。采用表面張力、電導(dǎo)率及負(fù)染色電鏡對(duì)其在水溶液中的吸附性質(zhì)及聚集行為進(jìn)行了測(cè)試。表面活性研究結(jié)果顯示,反離子數(shù)目對(duì)有

7、機(jī)硅室溫離子液體在水溶液中的吸附行為有一定的影響,且反離子數(shù)目較多的表面活性離子液體的CAC值要低于反離子數(shù)目較少的表面活性離子液體。聚集行為研究結(jié)果表明,與反離子數(shù)目較少的[Si(3)N-2CA(n) n=1,2,3]相比,其在水溶液中存在的聚集體形式更為豐富。Si(3)N(2)-2CA(1)和 Si(3)N(2)-2CA(2)能夠在水溶液中自聚集形成類球狀聚集體,而Si(3)N(2)-2CA(3)在水溶液中則形成了非常規(guī)則的項(xiàng)鏈狀聚

8、集體;對(duì)于這三種離子液體,可以通過選擇不同的反離子鏈長(zhǎng)度來調(diào)控其在水溶液中的聚集體存在形式。
　　(5)在第三部分所研究的分子結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上,通過改變陽離子有機(jī)硅氧烷的類型,合成了三種1:1型雙氨基四硅氧烷表面活性離子液體[Si(4)N-CA(n) n=1,2,3],并對(duì)其結(jié)構(gòu)進(jìn)行了鑒定。采用表面張力、電導(dǎo)率對(duì)其在水溶液中的吸附行為進(jìn)行了研究,并獲得了臨界聚集濃度、臨界聚集濃度時(shí)的表面張力等值。研究結(jié)果顯示陽離子有機(jī)硅氧烷的類型對(duì)有機(jī)

9、硅室溫離子液體在水溶液中的吸附行為有一定的影響;該類表面活性離子液體在低濃度區(qū)形成了離子對(duì),且與陽離子為三硅氧烷表面活性室溫離子液體[Si(3)N-CA(n) n=1,2,3]相比,其具有較低的CAC值。通過動(dòng)態(tài)光散射和透射電子顯微鏡對(duì)其在水溶液中的聚集行為進(jìn)行了考察。結(jié)果顯示,Si(4)N(2)-CA(1)能夠在水溶液中自聚集形成類球狀聚集體,而 Si(4)N(2)-CA(2)和 Si(4)N(2)-CA(3)能夠在水溶液中自聚集形成

10、囊泡,且囊泡進(jìn)一步被染料包封實(shí)驗(yàn)所證實(shí)。與1:1型雙氨基的三硅氧烷表面活性室溫離子液體[Si(3)N(2)-CA(n) n=1,2,3]相比,其在水溶液中存在的聚集體形式更為豐富。
　　(6)在第五部分所研究的分子結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上,通過增加反離子數(shù)目,合成了三種1:2型雙氨基四硅氧烷表面活性室溫離子液體[Si(4)N(2)-2CA(n)n=1,2,3],并對(duì)其結(jié)構(gòu)進(jìn)行了鑒定。采用表面張力、電導(dǎo)率對(duì)其在水溶液中的平衡態(tài)表面張力進(jìn)行了研究。

11、結(jié)果發(fā)現(xiàn)這三種表面活性離子液體均具有較高的表面活性,能夠把水的表面張力降低至20 mN/m左右;與反離子數(shù)目較少的[Si(4)N(2)-CA(n) n=1,2,3]相比,該類表面活性離子液體的表面張力曲線上僅出現(xiàn)了一個(gè)拐點(diǎn),沒有在低濃度區(qū)形成離子對(duì)。采用泡壓法動(dòng)態(tài)表面張力儀對(duì)其在水溶液中的動(dòng)態(tài)表面張力進(jìn)行了測(cè)試,結(jié)果顯示,隨著反離子鏈長(zhǎng)的增長(zhǎng),其在氣/液界面上達(dá)到平衡所需的時(shí)間越長(zhǎng),且該類離子液體在吸附后期為混合動(dòng)力控制吸附。采用動(dòng)態(tài)光