离子液体、壳聚糖衍生物对蠕虫状胶束结构的影响

摘要

蠕虫状胶束的高粘弹性、高剪切稀释等特点使其在食品、农药以及石油工业等众多领域得到了广泛的应用。目前很多研究表明有机盐、部分疏水取代的高分子可以进一步稳定蠕虫状胶束的结构增强其粘弹性,拓宽它的应用领域,因此寻找各种能增强蠕虫状胶束粘弹性的添加物既具有理论意义又具有实际应用价值。
　　 通常,有机盐的加入能减弱表面活性剂分子极性头基之间的排斥,使胶束排列更加紧密,有利于胶束的生长,体系的粘弹性增强。离子液体作为一种室温熔融盐,既具有有机盐的特点又具有蒸汽压低、熔点低、液程宽、可溶性好和稳定性高等特性,因此本文首先研究了离子液体bmimBF4对蠕虫状胶束结构的影响,结果发现与传统的有机盐不同,bmimBF4没有增强蠕虫的粘弹性反而诱导蠕虫状胶束向球状胶束转变。因此本文又研究了具有丰富流变行为的生物大分子-O-羧甲基壳聚糖及其疏水衍生物对蠕虫状胶束结构的影响。结果发现这一类生物大分子能够增强蠕虫状胶束的粘弹性,而且可以通过改变疏水链的长度、静电作用、温度等因素调节它们之间的作用,得到了比较丰富的蠕虫状胶束结构调控方面的信息。主要内容如下:
　　 (1)研究了离子液体bmimBF4对Tween80/Brij30/H2O蠕虫状胶束结构的影响。流变的结果表明,bmimBF4的加入会降低蠕虫状胶束的粘弹性。这可能是因为bmimBF4在胶束中的定位影响了表面活性剂的几何排列因子,从而诱导蠕虫状胶束向球状胶束转变。芘探针、电导率、核磁等实验结果进一步证实了这一观点。此外,在CTAB/NaC1和SDS/Brij30/H2O蠕虫状胶束体系中也发现了类似的结果。
　　 (2)研究了O-羧甲基壳聚糖及其疏水衍生物对Tween80/Brij30/H2O蠕虫状胶束结构的影响。流变的结果表明,O-羧甲基壳聚糖可以极大地增强体系的粘弹性,而经过疏水取代后,这种增强作用反而减弱了。O-羧甲基壳聚糖经过疏水取代后其分子内的作用增强可能是导致这一结果的主要原因,并通过温度对其与蠕虫状胶束相互作用的影响得到了进一步的证实。
　　 (3)研究了C8-OCMCS对带相反电荷的CTAB胶束结构的影响。流变的结果表明,C8-OCMCS能够增强CTAB溶液的粘弹性,诱导体系中复合网络结构的形成。从低温扫描电镜和核磁的结果得知这可能是因为C8-OCMCS既可以起到电解,质的作用促进胶束的生长也可以通过疏水作用在胶束之间起到连接的作用。
　　 (4)研究了N-疏水链取代的O-羧甲基壳聚糖(Cn-OCMCS,n=4,6,8)对带相反电荷的CTAB/NaC1蠕虫状胶束结构的影响。流变的结果表明,C4-OCMCS的加入降低体系的粘弹性,C6-OCMCS的加入可以使体系的粘弹性略微增强,而C8-OCMCS的加入则会使其极大地增强。从核磁的结果可知这可能与Cn-OCMCS分子中疏水链的长度有关,只有疏水链足够长才可以插入到胶束内部,使高分子在胶束之间起到连接的作用,从而增强体系的粘弹性。
　　 (5)研究了N-疏水取代的O-羧甲基壳聚糖(Cn-OCMCS,n=4,8)对同电荷的SDS/Brij30/H2O蠕虫状胶束结构的影响。结果表明,C4-OCMCS或C8-OCMCS存在时体系达到相同的粘度需要的Brij30的含量降低,但是体系所能达到的粘度最大值也降低。说明C4-OCMCS和C8-OCMCS的加入可以加速胶束的生长但也会加速它的分枝。核磁的结果表明C4-OCMCS和C8-OCMCS与胶束之间没有明显的相互作用,在该胶束体系中C4-OCMCS和C8-OCMCS可能只是起到了类似NaCl的电解质的作用。