温度对Gemini和超长链表面活性剂在水溶液中聚集行为的影响

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表面活性剂分子在水溶液中可以自发形成各种有序的聚集体,这些有序聚集体的形成和转变往往会伴随体系表面张力、界面张力、临界聚集浓度、乳化能力以及流变性能等性质的变化,因此在生物学、医药学、材料科学等众多领域有着广泛的应用。有序聚集体的形成和转变是静电作用、疏水作用、氢键作用、配位作用等分子间作用力协同作用的结果,通过控制各种分子间作用力来精细调控聚集体的形成和转变具有重要意义。在实际应用中,有序聚集体的调控可以通过改变表面活性剂的分子结构和表面活性剂体系外部环境来实现。改变表面活性剂分子结构,即通过合理的分子设计合成具有特定结构和性质的表面活性剂分子,提高和实现所需的表面活性剂的功能。改变外部环境,即通过控制某一特定外部条件的变化(如温度,pH,电场,剪切力场等)引起表面活性剂分子间作用力的变化,从而实现对聚集体结构和功能的调控。在众多外界因素中,温度是一种可控性强、操作简便的环境因素。因此,充分认识温度对新型表面活性剂在水溶液中的聚集行为的影响具有重要的理论和现实意义。本论文主要研究了温度诱导含Gemini/超长链表面活性剂体系在水溶液中聚集体形成和转变的规律,探讨了温度诱导聚集体转变过程中的分子间作用机理,取得了以下主要研究进展:  1.研究了温度对能够形成氢键的阳离子季铵盐型Gemini表面活性剂(C12C4(OH)2C12Br)与阴离子氨基酸表面活性剂(C12Glu)混合体系聚集行为的影响,结果表明这两个表面活性剂的多作用位点显著增强了其混合体系的温度响应性,并在较低的浓度下发生了蠕虫状胶束的缠结,显著提高了溶液的粘度。在常温25℃条件下,改变混合比例和总浓度,混合体系形成的聚集体结构在球形胶束、囊泡、蠕虫状胶束之间转变。升高温度会增强这些表面活性剂分子间的氢键作用,同时导致强的离子去水合作用从而引起阴阳离子头基之间静电吸引作用的增强,进而促使在低浓度下形成的球形胶束向囊泡转变、囊泡向球形实心聚集体转变、在高浓度下形成的蠕虫状胶束出现浊点现象。  2.研究了一种常见二价盐CaCl2和温度对链长为22碳的两性羟磺基甜菜碱表面活性剂EHSB溶解度和流变行为的影响,结果表明,二价钙离子和两性表面活性剂离子头基间的相互作用与体系的温度响应性彼此制约和促进,共同导致了体系溶解、聚集和流变性的改变。在一定的浓度范围内,二价钙离子通过与表面活性剂离子头基的相互作用,不仅可以显著降低EHSB的克拉夫特点,而且在能够显著提高EHSB的粘度或弹性模量,即有助于提高其流变响应性。  3.研究了温度对连接基团和疏水链上分别含有酰胺基团的阳离子季铵盐型Gemini表面活性剂(C12A-C2-AC12和C12-AC2A-C12)与阴离子氨基酸表面活性剂(C12Glu)混合体系聚集行为的影响,结果发现阳离子季铵盐型Gemini表面活性剂中酰胺键的位置及C12Glu头基上羧酸根形成氢键的状态显著影响囊泡的形成浓度及热稳定性。通过改变C12A-C2-AC12或C12-AC2A-C12与C12Glu的混合比例和总浓度可以有效地提高混合体系的自组装能力,即在更低总浓度时,混合体系就可以形成具有较好热稳定性的囊泡,温度升高最终会使得C12-AC2A-C12/C12Glu混合体系囊泡溶液的蓝色乳光先加深而后转为乳白色,且pH5.0时的转变温度高于pH10.0的转变温度。
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