表面活性離子液體在水溶液中的聚集行為.pdf

1、表面活性劑是一大類有機(jī)化合物，與我們的日常生活密切相關(guān)。在實(shí)際應(yīng)用中，表面活性劑往往是復(fù)配使用的。表面活性劑與添加劑以及不同種類表面活性劑之間混合形成的體系在結(jié)構(gòu)、形狀、性質(zhì)等方面，與單純的表面活性劑相比，往往發(fā)生了很大的變化。比如單純的陽(yáng)離子型或陰離子型表面活性劑在水中形成球形膠束，但是兩者以不同濃度復(fù)配，從相行為來(lái)說(shuō)，能形成均一相、雙水相或者沉淀；從溶液中形成的聚集體方面來(lái)說(shuō)，則含有球形或蠕蟲(chóng)狀膠束、囊泡等。除此之外，復(fù)配體系在溫度

2、、光、電、pH等外界因素影響下還會(huì)發(fā)生相轉(zhuǎn)變。因此，表面活性劑復(fù)配性質(zhì)的研究，具有重要的理論價(jià)值。
　　 離子液體作為一種新興的綠色溶劑，由于在眾多領(lǐng)域的應(yīng)用，引起人們廣泛的關(guān)注。通過(guò)增長(zhǎng)疏水鏈的鏈長(zhǎng)，可以使其成為具有表面活性的離子液體，從而構(gòu)建出不同類型的有序分子聚集體。離子液體參與構(gòu)筑的有序分子聚集體，既可以將離子液體的特性引入到傳統(tǒng)的有序分子聚集體中，有助于改善聚集體的性質(zhì)，又可以進(jìn)一步拓展離子液體自身的應(yīng)用。這類研究不僅

3、豐富了離子液體的種類，也為離子液體應(yīng)用于不同領(lǐng)域提供了理論依據(jù)和技術(shù)支持，因此具有重要的意義。
　　 本文以具有表面活性的離子液體為研究對(duì)象，討論了吡咯烷類的表面活性離子液體分別與外加鹽、陰離子型表面活性劑混合時(shí)體系的相行為；咪唑類表面活性離子液體和苯丙烯酸混合體系在紫外光照下，相行為發(fā)生的變化。論文的內(nèi)容分為四個(gè)部分：
　　 第一章簡(jiǎn)介了表面活性劑的溶液性質(zhì)和具有表面活性的離子液體參與構(gòu)筑的有序分子聚集體，并重點(diǎn)介紹了

4、蠕蟲(chóng)狀膠束的性質(zhì)及典型的體系。
　　 第二章研究了表面活性離子液體[C16mim]Br和具有光敏感的物質(zhì)苯丙烯酸的混合體系。苯丙烯酸具有順?lè)唇Y(jié)構(gòu)，在紫外光照下反式結(jié)構(gòu)可以轉(zhuǎn)化為順式結(jié)構(gòu)。紫外光譜圖證明了結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)化，通過(guò)核磁譜圖可以進(jìn)一步計(jì)算出轉(zhuǎn)化率為60％。而順式結(jié)構(gòu)在光照下，并不能轉(zhuǎn)化為反式結(jié)構(gòu)，說(shuō)明苯丙烯酸結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化是不可逆的。在自然界中，苯丙烯酸主要以反式結(jié)構(gòu)存在，所以本章研究了反式苯丙烯酸(trans-CA)和[C16mi

5、m]Br混合體系。當(dāng)[C16mim]Br濃度在40mmol/L以下時(shí)，混合體系中的聚集體為球形膠束，并且和trans-CA的濃度無(wú)關(guān)；[C16mim]Br濃度在40 mmol/L和90 mmol/L之間時(shí)，體系先是溶液，隨著trans－CA的濃度增加到一定程度之后，溶液變?yōu)榫哂姓硰椥?、雙折射現(xiàn)象的均一相，流變數(shù)據(jù)表明是蠕蟲(chóng)狀膠束；在[C16mim]Br濃度超過(guò)90 mmol/L后，形成沉淀區(qū)，但是在trans－CA超過(guò)一定濃度之后，體系

6、又轉(zhuǎn)變?yōu)橛姓硰椥缘木幌?，為蠕蟲(chóng)狀膠束。所以從濃度角度來(lái)劃分，在研究的范圍內(nèi)混合體系分為均一相(球形膠束)、多相區(qū)和均一相(蠕蟲(chóng)狀膠束)。在紫外光照下，[C16mim]Br和trans-CA形成的蠕蟲(chóng)狀膠束可以轉(zhuǎn)化為球形膠束，流變數(shù)據(jù)和Cryo-TEM都證明了這一變化。這是由于在紫外光照下，trans-CA發(fā)生光異構(gòu)化轉(zhuǎn)變?yōu)閏is-CA，造成有效截面積αs增大，引起臨界堆積參數(shù)降低，混合體系從蠕蟲(chóng)狀膠束轉(zhuǎn)化為球形膠束。
　　 第

7、三章討論了有機(jī)鹽誘導(dǎo)吡咯烷類表面活性離子液體形成蠕蟲(chóng)狀膠束。以吡咯烷離子液體(C16MPB)的對(duì)甲苯磺酸鈉(NaTos)水溶液為研究體系，固定C16MPB的濃度，改變NaTos濃度，用流變學(xué)方法、低溫透射電鏡和蠕蟲(chóng)狀膠束理論模型進(jìn)行研究討論。研究表明：C16MPB/NaTos體系形成粘彈性溶液，在剪切速率作用下，初始階段剪切應(yīng)力隨剪切速率線性增加，然后趨向平臺(tái)區(qū)，且沒(méi)有屈服應(yīng)力，屬于假塑性流體；在低頻時(shí)，體系的粘性性質(zhì)是主要的，到了高頻

8、，則表現(xiàn)為彈性性質(zhì)，符合Maxwell模型；體系的剪切粘度和復(fù)合粘度在相應(yīng)的剪切速率和振蕩頻率下具有相似值，符合Cox-Merz規(guī)則；穩(wěn)態(tài)剪切表現(xiàn)出剪切變稀現(xiàn)象，Cryo-TEM也進(jìn)一步印證了流變的結(jié)果，說(shuō)明體系形成了蠕蟲(chóng)狀膠束。本章的研究工作擴(kuò)展了表面活性離子液體的應(yīng)用范圍。
　　 第四章研究了陰陽(yáng)離子復(fù)配體系。陰陽(yáng)離子表面活性劑復(fù)配具有很高的表面活性，可以產(chǎn)生豐富的相行為，但是二者混合又容易產(chǎn)生沉淀，限制了其應(yīng)用。本章研究了

9、具有表面活性的吡咯烷離子液體(C16MPB)和陰離子表面活性劑十二烷基苯磺酸鈉(SDBS)復(fù)配體系。研究?jī)?nèi)容包括兩方面：當(dāng)C16MPB與SDBS混合比例較高時(shí)，形成均一相，包括普通溶液和高粘彈性溶液；當(dāng)二者在等摩爾比例附近時(shí)，形成雙水相。
　　 (1)在高摩爾混合比例條件下，C16MPB和SDBS可以形成均一相。當(dāng)C16MPB與SDBS摩爾比例大于10時(shí)，形成無(wú)偏光、沒(méi)有粘彈性的普通溶液；當(dāng)二者比例在7.3～5之間時(shí)，可以形成有

10、粘彈性的溶液，流變數(shù)據(jù)表明體系的粘彈性符合Maxwell模型。這種粘彈性體系的形成，是帶不同電荷的極性頭基之間靜電作用的結(jié)果。
　　 (2)在等摩爾比例附近很窄的范圍內(nèi)，C16MPB與SDBS形成雙水相。雙水相的形成時(shí)間和濃度有關(guān)，濃度越高，形成雙水相所需時(shí)間也就越長(zhǎng)。在實(shí)驗(yàn)范圍內(nèi)，最長(zhǎng)需要兩周才能形成雙水相。而形成之后的雙水相很穩(wěn)定，25℃下可以保持一年以上。通過(guò)偏光、TEM、DLS、表面張力等手段表征，確認(rèn)雙水相的上下相中都