双子咪唑表面活性剂的合成及其与HPAM相互作用研究

摘要

双子咪唑表面活性剂融合了单长链咪唑离子液体和普通双子表面活性剂的优良性质，在临界胶束浓度、表面性能和水溶性等方面都表现出独特的性质。研究其界面吸附性质、在水中的聚集行为以及其与水溶性聚合物之间的相互作用，将有望为石油开采、生物技术、材料科学等不同领域提供重要的理论依据。 本文合成了三种不同疏水链长的双子咪唑表面活性剂：[C12-P-C12im]Br2(a)、[C14-P-C14im]Br2(b)、[C16-P-C16im]Br2(c)，并通过红外分析、元素分析对产物组成进行了表征。通过测试其表面张力、电导率、荧光光谱以及扩张流变性质研究了其水溶液性质。结果表明：[C12-P-C12im]Br2、[C14-P-C14im]Br2、[C16-P-C16im]Br2的临界胶束浓度分别为0.067 mmol·L-1、0.023 mmol·L-1、0.197 mmol·L-1，三者均有较高的表面活性；随着疏水链长的增加，饱和吸附量Γmax和表面压πCMC减小，极限分子吸附面积Amin增加，即降低表面张力的能力逐渐下降；胶束在溶液的形成是自发的过程，[C12-P-C12im]Br2、[C14-P-C14im]Br2在溶液中胶束化过程的推动力分别是熵驱动和焓驱动，[C16-P-C16im]Br2胶束化过程的推动力随温度的升高由熵驱动转为焓驱动；随着浓度的增加，溶液中先后出现[Cn-P-Cnim]Br2的预胶束和胶束，溶液的微极性逐渐降低，芘分子由水相逐渐进入胶束的疏水内核；[Cn-P-Cnim]Br2界面膜的扩张模量随频率的增大而增加，且扩散交换起主导作用；扩张流变以扩张弹性为主，弹性随疏水链长的增加而增大。 通过测试[Cn-P-Cnim]Br2/HPAM混合溶液的表面张力、荧光光谱以及扩张流变性质，研究了[Cn-P-Cnim]Br2与 HPAM 在水溶液中的相互作用。结果表明：[Cn-P-Cnim]Br2与HPAM 在水溶液中发生相互作用生成含有疏水内核的缔合聚集体；当[C12-P-C12im]Br2的浓度较低时，其吸附在 HPAM 链上形成缔合体，随着浓度的增加，[C12-P-C12im]Br2与 HPAM 形成混合胶束，继续增加[C12-P-C12im]Br2的浓度，溶液中出现表面活性剂胶束；若增加HPAM的浓度则使得[C12-P-C12im]Br2/HPAM的相互作用加剧；混合界面膜的扩张模量随频率的增加而增大，且扩张流变以扩张弹性为主；随着疏水链长的增加，[Cn-P-Cnim]Br2/HPAM之间的相互作用减弱，混合界面膜的弹性和强度增大。

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