離子液體中膠束以及溶致液晶的研究.pdf

1、離子液體作為一種新型的“綠色化學(xué)產(chǎn)品”，受到了眾多科研工作者的廣泛關(guān)注。在膠體與界面化學(xué)領(lǐng)域中，離子液體可被用作一種新型的溶劑，同時(shí)也可以作為表面活性劑而加以利用。論文就是從離子液體這兩個(gè)方面的應(yīng)用出發(fā)，首先研究了把離子液體作為溶劑時(shí)，非離子表面活性劑在其中表現(xiàn)出的不同于水相中的聚集行為；之后又研究了長(zhǎng)鏈咪唑型離子液體作為新型表面活性劑的聚集行為，并與其結(jié)構(gòu)相似的普通表面活性劑體系進(jìn)行了比較。論文的具體內(nèi)容如下： 第一章從表面活

2、性劑和離子液體的概念入手，對(duì)它們的研究現(xiàn)狀進(jìn)行了概述。之后又簡(jiǎn)要介紹了國(guó)內(nèi)外有關(guān)于有離子液體參與構(gòu)筑的有序分子組合體的研究背景，為論文的研究提供了理論依據(jù)和技術(shù)支持。最后，闡述了本論文選題的科學(xué)意義。 第二章系統(tǒng)地研究了非離子表面活性劑——聚氧乙烯脫水山梨醇單月桂酸酯（Tween20）在1—丁基—3—甲基咪唑四氟硼酸鹽（bmimBF4）和1—丁基—3—甲基咪唑六氟磷酸鹽（bmimPF6）中的聚集行為。首先，通過(guò)表面張力的測(cè)定，繪

3、制了不同溫度時(shí)，Tween20在bmimBF4和bmimPF6的表面張力曲線。發(fā)現(xiàn)在所有的考察溫度下，體系的表面張力曲線都出現(xiàn)了兩個(gè)轉(zhuǎn)折點(diǎn)，轉(zhuǎn)折點(diǎn)對(duì)應(yīng)的表面活性劑濃度定義為臨界聚集濃度，分別命名為CAC1和CAC2。通過(guò)冷凍蝕刻電鏡（FF—TEM）的表征，發(fā)現(xiàn)Tween20在濃度為CACl和CAC2時(shí)，體系形成了兩種不同形式的聚集體。結(jié)合CAC值與溫度的函數(shù)關(guān)系以及熱力學(xué)公式的計(jì)算，得到了聚集體形成時(shí)所對(duì)應(yīng)的熱力學(xué)參數(shù)值△G0agg，△

4、H0agg和△S0agg。比較發(fā)現(xiàn)，表面活性劑的濃度為CAC1時(shí)，形成的聚集體的熱力學(xué)參數(shù)與溫度無(wú)關(guān)，即隨著溫度的升高，熱力學(xué)參數(shù)值幾乎始終保持不變。而當(dāng)濃度為CAC2時(shí)，體系形成的聚集體顯示出了由低溫熵驅(qū)動(dòng)向高溫焓驅(qū)動(dòng)的轉(zhuǎn)變過(guò)程。此外，我們又應(yīng)用核磁共振（1H NMR）的方法，通過(guò)不同表面活性劑濃度時(shí)，離子液體咪唑環(huán)（bmim+）上氫原子的化學(xué)位移，從分子水平角度闡述了Tween20在咪唑型離子液體中聚集體的形成機(jī)理，研究發(fā)現(xiàn)：在表面

5、活性劑濃度為CAC1時(shí)形成的聚集體中，Tween20分子的POE鏈只結(jié)合很少量的溶劑分子，而其碳?xì)滏湈缀醪唤Y(jié)合溶劑分子；而在濃度為CAC2時(shí)形成的聚集體中，Tween20分子POE鏈結(jié)合的溶劑分子的數(shù)目與單體Tween20分子的幾乎一樣，但是碳?xì)滏渽s幾乎沒(méi)有結(jié)合溶劑分子。最終，我們結(jié)合熱力學(xué)和核磁共振的研究結(jié)果，斷定表面活性劑濃度為CAC1時(shí)，形成的聚集體是由Tween20分子自聚集形成的納米球，而當(dāng)濃度為CAC2時(shí)形成的聚集體，則類似

6、于水相中表面活性劑分子聚集形成的膠束。 第三章系統(tǒng)地研究了1—十二烷基—3—甲基咪唑的溴化物（C12mimBr）作為表面活性劑構(gòu)筑的溶致液晶體系。首先繪制了25℃時(shí)，C12mimBr/bmimBF4/H2O體系的三元相圖，之后又采用小角X射線散射（SAXS）、偏光顯微鏡（POM）和流變學(xué)手段對(duì)形成的液晶相的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)進(jìn)行了進(jìn)一步的表征。研究發(fā)現(xiàn)，溶致液晶的結(jié)構(gòu)參數(shù)受到體系中組份含量的影響。針對(duì)體系中所形成的六角液晶，當(dāng)C12mi

7、nBr和水的組成比例固定時(shí)，液晶的晶格參數(shù)隨著bmimBF4含量的升高而增大，這是因?yàn)閎mimBF4主要存在于六角液晶相的水層區(qū)域中，bmimBF4含量的升高導(dǎo)致水層區(qū)域的膨脹，進(jìn)而導(dǎo)致了晶格參數(shù)的增大；水層的膨脹同時(shí)也可能導(dǎo)致表面活性劑柱狀膠束區(qū)域的輕微壓縮，即表面活性劑的疏水鏈長(zhǎng)有效長(zhǎng)度的減小。另一方面，因?yàn)閎mimBF4和C12mimBr分子的咪唑環(huán)之間的π—π堆積作用以及Br—與bmimBF4分子中的咪唑環(huán)之間的氫鍵作用，bmi

8、mBF4分子會(huì)插在表面活性劑分子形成的疏水/親水界面膜處，因此bmimBF4含量的升高導(dǎo)致了表面活性劑分子C12mimBr的極性頭基有效截面積的增大。體系形成的溶致液晶的流變學(xué)性質(zhì)與其結(jié)構(gòu)有關(guān)，在六角液晶相中隨著bmimBF4含量的升高，體系的零剪切粘度、零剪切應(yīng)力均增大，而松弛時(shí)間則變小。并將由長(zhǎng)鏈咪唑型離子液體C12mimBr形成的溶致液晶的結(jié)構(gòu)參數(shù)和流變學(xué)性質(zhì)隨組分含量的變化規(guī)律，與由傳統(tǒng)陽(yáng)離子表面活性劑DTAB在相同的體系中形成