低聚型表面活性剂的非共价构筑及其聚集行为

摘要

表面活性剂被誉为“工业味精”，其应用渗透到工业的各个方面。各种新型表面活性剂体系的开发应用及其参与构筑的有序分子聚集体成为近十年来的一大研究热点。由于低聚型表面活性剂具有优越的物理化学性质，比如很强的降低体系表面张力的能力、极低的CMC值、很好的水溶性、丰富的相行为、新颖的聚集形态等，已经成为胶体与界面科学研究中最受关注的领域之一。然而，由于合成结构复杂、带有功能基团的分子有一定难度，低聚型表面活性剂的发展在一定程度上受到限制。基于非共价键的超两亲分子可以避免复杂合成这个难题，能够简便、快速的获得性能特异的两亲分子聚集体，丰富和发展了传统的高分子化学及胶体与界面化学。这给非共价键构筑的新型“假”低聚表面活性剂提供了新的思路。
　　本论文拟通过分子设计，合成能够引入弱相互作用的阳离子型构筑基元分子，与常规的单链阴离子表面活性剂混合，构筑“假”低聚型表面活性剂体系，以期望通过简单有效的方式获得低聚型表面活性剂。在此基础上，探索弱相互作用对有序分子聚集体的调控作用，实现有序分子聚集体的可控性和功能化。论文主要分为以下三部分内容:
　　第一部分:简要介绍了表面活性剂及表面活性剂参与构筑的有序分子聚集体、低聚型表面活性剂的发展历程、分子间相互作用构筑超两亲分子以及分子间相互作用在新型“假”表面活性剂体系构筑中的应用与发展。
　　第二部分:设计合成了两种阳离子双头连接分子[mim-C4-mim]Br2和[mpy-C4-mpy]Br2，与常规单链阴离子表面活性剂SDBS以摩尔比为1∶2混合，构筑“假”双子表面活性剂体系，系统研究了该“假”双子表面活性剂体系的聚集行为。研究表明，当[mim-C4-mim]Br2或[mpy-C4-mpy]Br2与SDBS在水溶液中混合时，一个阳离子的[mim-C4-mim]Br2或[mpy-C4-mpy]Br2分子在多种分子间相互作用（静电引力、π-π相互作用、σ-π相互作用）的协同作用下，可以与两个SDBS分子连接在一起，形成“假”双子结构。所构筑的“假”双子表面活性剂体系能够自发形成囊泡。通过FF-TEM、cryo-TEM、DLS、流变等多种手段研究了囊泡相的性质，采用表面张力及1H NMR方法探讨了胶束相向囊泡相转变的机理。同时还研究了SDS与[mim-C4-mim]Br2或[mpy-C4-mpy]Br2混合体系的聚集行为，发现对比体系中仅有胶束相形成。在SDBS/[mim-C4-mim] Br2/H2O体系中，静电引力、π-π相互作用、σ-π相互作用的协同作用是“假”双子表面活性剂形成的推动力;在SDBS/[mpy-C4-mpy] Br2/H2O体系中，静电引力与疏水相互作用可能是囊泡相形成的直接诱导因素。
　　第三部分:设计合成了一种线型三阳离子连接分子LTIB，研究了与常规单链阴离子表面活性剂SDBS以摩尔比为1∶3混合时构筑的线型“假”三子表面活性剂体系。采用表面张力、DLS、浊度、cryo-TEM以及1H NMR等方法，系统研究了该体系的聚集行为、聚集体结构以及LTIB与SDBS之间的相互作用力。研究表明，LTIB/SDBS比例和浓度对该混合物水溶液的相行为影响很大。当LTIB与SDBS在水溶液中混合时，一个LTIB分子可以与三个SDBS分子结合在一起，形成一种“假”三子结构，能够表现出三聚表面活性剂特有的性质。这种线型“假”三子表面活性剂在水溶液中能够自发形成囊泡。通过分子间相互作用，利用廉价易得的常规单链阴离子表面活性剂与线型三咪唑阳离子构筑的“假”三子表面活性剂体系，为新型低聚表面活性剂体系的研究与设计提供了新的思路。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 表面活性剂和有序分子聚集体

1．1．1 表面活性剂概述

1．1．2 表面活性剂有序分子聚集体

1．3 低聚型表面活性剂概述

1．3．1 双子表面活性剂研究进展

1．3．2 三聚、四聚等表面活性剂研究进展

1．4 非共价作用参与构筑新型表面活性剂体系及有序分子聚集体

1．4．1 非共价作用与超两亲分子

1．4．2 分子间相互作用在低聚表面活性剂体系构筑的应用

1．5 本论文的立题思想、研究内容和意义

参考文献

第二章 双子表面活性剂体系的非共价构筑及其在水溶液中的聚集行为

2．1 引言

2．2 实验部分

2．2．1 试剂

2．2．2 实验仪器和方法

2．2．3 连接分子的合成与表征

2．3 结果与讨论

2．3．1 体系溶液的表面性质

2．3．2 体系的相行为

2．3．3 “假”双子体系形成聚集体的微观结构和尺寸分布

2．3．4 囊泡相的流变学特性

2．3．5 囊泡相形成机理

2．4 结论

参考文献

第三章 三聚表面活性剂体系的非共价构筑及聚集行为

3．1 引言

3．2 实验部分

3．2．1 试剂

3．2．2 实验仪器和方法

3．2．3 线型三咪唑盐的合成与表征

3．3 结果与讨论

3．3．1 LTIB／SDBS／H2O体系的相行为研究

3．3．2 聚集体的微观结构和尺寸分布

3．3．3 双水相(ATPs)的聚集体结构分析

3．3．4 分子间相互作用与胶束-囊泡相转变机理

3．4 结论

参考文献

论文的创新点与不足之处

致谢

攻读硕士学位期间发表的论文