咪唑类离子液体表面活性剂[C16imCn]Br及其复配体系聚集行为的研究

摘要

表面活性剂在水中通过弱分子间相互作用可形成不同形貌的聚集体，如球形胶束、棒状胶束、蠕虫状胶束、盘状胶束、层状胶束、囊泡和三维网状的凝胶等。不同聚集体在生命、信息、能源及材料等领域发挥重要作用。表面活性剂聚集行为的研究是胶体与界面化学领域非常重要的课题，对各种聚集体的研究已经比较深入，但对不同聚集体之间相互转变的研究是当前胶体与界面科学的研究热点，其中表面活性剂疏水链长是聚集体之间转变非常重要的影响因素。离子液体作为一种绿色溶剂，在催化、电化学、有机合成和材料制备等方面具有很好的应用价值，作为阳离子表面活性剂的离子液体型表面活性剂在水中的聚集行为也逐渐引起关注。离子液体的可设计性为人们开发新型分子有序聚集体提供新的研究体系。本文研究不同烷基链长离子液体表面活性剂水体系的聚集行为，在此基础上研究了非离子表面活性剂十二烷基聚氧四乙烯醚Brij30及阴离子表面活性剂十二烷基硫酸钠SDS对不同支链链长离子液体表面活性剂聚集行为的影响。本文主要分为以下五个部分:
　　1.咪唑离子液体型表面活性剂[C16imC9]Br/H2O体系中蠕虫状胶束和凝胶相互转变研究
　　阳离子表面活性剂水溶液通常需要加入盐或助表面活性剂才会形成蠕虫状胶束。本章研究了咪唑离子液体型表面活性剂溴代1-十六烷基-3-壬基咪唑([C16imC9]Br)，在不加盐和无其他任何添加物的条件下与水形成的高黏弹性流体。通过改变[C16imC9]Br浓度和体系的温度，经旋转流变、小角X射线散射和冷冻扫描电镜等技术对聚集体进行表征。结果表明，[C16imC9]Br水溶液随浓度和温度的改变表现出蠕虫状胶束和凝胶相互转变的相行为。低浓度(50-80 mmol·L-1)下，[C16imC9]Br水溶液可以形成蠕虫状胶束;随溶液浓度的升高(90-110mmol·L-1)，蠕虫状胶束转变为凝胶;浓度进一步升高(＞120mmol·L-1)又转变为蠕虫状胶束。室温下，[C16imC9]Br水溶液可生成凝胶，随温度升高可转变为蠕虫状胶束。以上现象的发生与该阳离子表面活性剂有较大的亲水头基及较长的疏水双链有关，也与胶束平均长度和胶束铰链数目随浓度、温度的变化而改变有关。
　　2.烷基支链链长对咪唑类离子液体表面活性剂[C16imCn]Br水体系聚集行为的影响
　　系统研究了一系列溴代-1-十六烷基-3-烷基咪唑离子液体型表面活性剂[C16imCn]Br(n=2，3，4，6，8，10，12，14，16)在水中的聚集行为。分别通过偏光显微镜、旋转流变仪、冷冻刻蚀扫描电镜和小角X射线衍射对不同聚集体进行表征。随烷基支链的增长，该体系依次形成六角液晶、蠕虫状胶束以及凝胶。[C16imC2]Br在水中可以形成六角液晶。[C16imC3]Br水体系可形成六角液晶和蠕虫状胶束。[C16imCn]Br(n=4-8)水体系可形成蠕虫状胶束。[C161mCn]Br(n=10-16)四种表面活性剂可形成水凝胶。最后提出了液晶、蠕虫状胶束和凝胶随表面活性剂链长增加产生转变的机理。
　　3 Brij30对咪唑离子液体表面活性剂[C16imC8]Br棒状胶束和蠕虫状胶束的影响
　　研究了非离子表面活性剂Brij30(十二烷基聚氧四乙烯醚)的加入，对离子液体表面活性剂[C16imC8]Br与水形成棒状胶束和蠕虫状胶束的影响。通过偏光显微镜和旋转流变仪、核磁共振氢谱、紫外光谱和Zeta电位仪等手段对样品进行表征。适量Brij30的加入，可诱导[C16imC8]Br棒状胶束向蠕虫状胶束和[C16imC8]Br蠕虫状胶束向凝胶的转变。该研究对理解棒状胶束、蠕虫状胶束和凝胶的相互关系，以及通过改变外界条件来调控棒状胶束、蠕虫状胶束和凝胶之间的相互转变提供有意义的信息。
　　4.Brij30对不同支链链长离子液体表面活性剂C16-Cn(n=2-16)水体系聚集行为的影响
　　研究了非离子表面活性剂Brij30对不同支链链长离子液体表面活性剂C16-Cn(n=2-16)水体系聚集行为的影响。通过流变学技术研究了Brij30对C16-C2球形胶束的影响;Brij30对C16-C2、C16-C4和C16-C6棒状胶束的影响;Brij30对C16-C4、C16-C6和C16-C8蠕虫状胶束的影响;Brij30对C16-C10、C16-C12、C16-C14和C16-C16棒状胶束和原生态凝胶影响，以及Brij30/C16-Cn摩尔比、支链链长对复配体系所形成蠕虫状胶束平均胶束长度、松弛时间和网络结构铰链点数目的影响，Brij30含量对所形成凝胶相转变温度(TGS)的影响。研究表明Brij30加入可实现球形胶束向棒状胶束、棒状胶束向蠕虫状胶束、蠕虫状胶束向凝胶、棒状胶束向凝胶以及蠕虫状胶束向棒状胶束的转变，讨论了不同聚集体之间转变的机理。
　　5.SDS对不同支链链长离子液体表面活性剂C16-Cn(n=2-16)水体系聚集行为的影响
　　研究阴离子表面活性剂SDS对不同支链链长离子液体表面活性剂C16-Cn(n=2-16)水体系聚集行为的影响。SDS的加入使C16-C2、C16-C4和C16-C6棒状胶束转变为凝胶。SDS与C16-C8棒状胶束复配产生沉淀而不能形成凝胶。适当浓度的SDS与C16-C10、C16-C12、C16-C14和C16-C16原生态水凝胶体系复配仍为凝胶，过量SDS加入会导致C16-C10、C16-C12、C16-C14和C16-C16原生态水凝胶转变为棒状胶束。显然，SDS的加入，既可使C16-Cn(n=2-6)体系实现棒状胶束向凝胶的转变，也可使C16-Cn(n=10-16)体系实现凝胶向棒状胶束转变。

目录

摘要

第一章 绪论

1．1 表面活性剂与离子液体表面活性剂

1．2 表面活性剂分子有序组合体

1．2．1 胶束与反胶束

1．2．2 微乳液

1．2．3 囊泡

1．2．4 溶致液晶

1．2．5 蠕虫状胶束

1．2．6 凝胶

1．3 表面活性剂复配

1．4 本论文的研究意义、研究内容和创新点

参考文献

第二章 离子液体表面活性剂C16-C9水体系中蠕虫状胶柬与凝胶相互转变的研究

2．1 实验部分

2．1．1 离子液体表面活性剂[C16imC9]Br的合成和表征

2．1．2 流变实验

2．1．3 冷冻刻蚀扫描电镜

2．1．4 小角X射线(SAXS)

2．1．5 Zeta电势

2．1．6 表面张力的测定

2．2 结果与讨论

2．2．1 浓度诱导C16-C9蠕虫状胶束向凝胶的转变

2．2．2 温度诱导C16-C9水凝胶向蠕虫状胶束的转变

2．2．3 蠕虫状胶束向凝胶转变的机理

2．3 小结

参考文献

第三章 不同支链链长离子液体型表面活性剂C16-Cn(n=2-16)水体系聚集行为的研究

3．1 实验部分

3．1．1 离子液体表面活性剂的合成和表征

3．1．2 样品制备

3．1．3 表征手段

3．2 结果与讨论

3．2．1 C16-C2水体系的聚集行为

3．2．2 C16-C3水体系的聚集行为

3．2．3 C16-C4、C16-C6和C16-C8水体系的聚集行为

3．2．4 C16-C10、C16-C12、C16-C14和C16-C16水体系的聚集行为

3．3 不同支链链长的离子液体表面活性剂聚集体转变的机理

3．4 小结

参考文献

第四章 Brij 30对C16-C8水体系聚集行为的影响

4．1 实验部分

4．1．1 实验原料

4．1．2 实验方法

4．2 结果与讨论

4．2．1 Brij 30对C16-C8棒状胶束聚集行为的影响

4．2．2 Brij 30对C16-C8蠕虫状胶束聚集行为的影响

4．2．3 Brij 30／C16-C8水凝胶的微观结构

4．2．4 Brij 30诱导C16-C8蠕虫状胶束向凝胶转变的机理

4．3 小结

参考文献

第五章 Broj 30对离子液体型表面活性剂C16-Cn(n=2-16)水体系聚集行为的影响

5．1 实验部分

5．1．1 实验原料

5．1．2 实验方法

5．2 结果与讨论

5．2．2 Brij 30对C16-C2水体系聚集行为的影响

5．2．3 Brij 30对C16-C4水体系聚集行为的影响

5．2．4 Brij 30对C16-C6水体系聚集行为的影响

5．2．5 Brij 30对C16-C8蠕虫状胶束聚集行为的影响

5．2．6 Brij 30对C16-C10、C16-C12、C16-C14、C16-C16水体系聚集行为的影响

5．3 小结

参考文献

第六章 SDS对离子液体表面活性剂C16-Cn(n=2-16)水体系聚集行为的影响

6．1 实验部分

6．1．1 实验原料

6．1．2 实验方法

6．2 结果与讨论

6．2．1 SDS对C16-C2棒状胶束聚集行为的影响

6．2．2 SDS对C16-C4棒状胶束聚集行为的影响

6．2．3 SDS对C16-C6棒状胶束聚集行为的影响

6．2．4 SDS对C16-C8棒状胶束聚集行为的影响

6．2．5 SDS对C16-Cn(n=10-16)水体系聚集行为的影响

6．3 小结

参考文献

第七章 结论

致谢

攻读博士学位期间发表论文

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