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本文以烷基三甲基溴化铵/十二烷基磺酸钠正负离子表面活性剂复配系统为研究对象,采用电导法和稳态荧光怯对其胶束化作用进行了系统研究,考察了其胶束化作用的无机盐效应,并对一些复配系统的聚集数进行了测定,对几个具有一定配比的复配系统的粘度及微观结构随浓度的相关变化进行了初步探索。主要工作及实验结果如下:
⑴在45℃下,分别用电导法和稳态荧光法测定了单一离子表面活性剂:十八烷基三甲基溴化铵(STAB)、十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)、十四烷基三甲基溴化铵(TTAB)、十二烷基三甲基溴化铵(DTAB)以及Gemini表面活性剂12-3-12和十二烷基磺酸钠(AS)的第一临界胶束浓度(CMC1)和第二临界胶束浓度(CMC2)。用稳态荧光法测定了STAB/AS/H2O、CTAB/AS/H2O和DTAB/AS/H2O三个常规复配系统以及含Gemini表面活性剂的12-3-12/AS/H2O复配系统的CMC1,用电导法测定了三个常规复配系统的CMC2。考察了正离子表面活性剂的链长和分子结构变化对复配系统胶束化作用的影响。用正规溶液理论计算了混合胶束中正负离子表面活性剂间的相互作用参数βm和胶束的组成,上述四个复配系统的βm均为较大的负值,说明在混合胶束中,正、负离子表面活性剂间的吸引作用较强,协同效应较高。对于三个常规复配系统,在同一配比时,疏水尾链对称性越高的,βm越负。而含Gemini表面活性剂的12-3-12/AS/H2O复配系统,具有更负的βm值,说明12-3-12与AS的相互作用更强。
⑵考察了CTAB/AS/H2O复配系统胶束化作用的盐效应。稳态荧光法的实验结果表明,当体相中CTAB的含量很低或较高时,无机盐的加入对复配系统的CMC1的影响较显著,随盐浓度的增大复配系统的CMC1减小。当体相的xCTAB小于0.1时,胶束中AS过量,无机反离子为阳离子,钾盐比钠盐的无机盐效应显著。当体相的xCTAB处于0.3到0.6之间时,几种盐对复配系统CMC1的影响均很小,CMC1值与水为溶剂时基本相当。而当xCTAB大于0.65时,无机盐效应比较显著,且不同无机阴离子对复配系统CMC1的影响显示出差异,当xCTAB大于0.75时,各无机盐对复配系统CMC1的影响按如下次序依次增强:Na3PO4<NaCl≈KCl<Na2SO4<NaBr,与Hofmeister序列次序一致。无机盐的加入大大屏蔽了带相反电荷的离子头基间的静电引力,当用无机盐水溶液替代纯水为溶剂时,在混合胶束中正、负离子表面活性剂间的相互作用参数βm的负值变小。电导率的实验结果表明,无机盐的加入,导致复配系统CMC2的显著降低,且无机盐浓度越大,复配系统的CMC2越小。较之AS过量的复配系统,CTAB过量的复配系统之CMC2更小,均在1 mmol.kg-1左右,这类复配系统极易形成棒状胶束。对于AS过量的复配系统,反离子Na+、K+是影响其CMC2的主要因素,钾盐降低CMC2的效应更强;同时在反离子均为Na+的情况下,同离子对CMC2也有一定影响,高价同离子更有利于CMC2的降低。
⑶采用稳态荧光法测定了CTAB、AS、CTAB/AS/H2O和CTAB/AS/(0.1mol·L-1NaBr aq)复配系统的胶束聚集数(N),N随浓度的变化与配比和溶剂有关。对于xCTAB=0.9或0.8的CTAB/AS/H2O和CTAB/AS/(0.1 mol·L-1NaBr aq)复配系统,当浓度低于CMC2时,随浓度增加,N增长速度较快;当浓度大于CMC2,前者N值基本保持不变,后者N值增长缓慢。对于xCTAB=0.7的CTAB/AS/H2O复配系统,当浓度大于CMC2时随浓度增加N值增长迅速。而xCTAB=0.7的CTAB/AS/(0.1 mol.L-1NaBr aq)复配系统N值比CTAB/AS/H2O小,这可能是由于NaBr的加入引起了聚集体结构的变化,使聚集体变小。
⑷用乌氏粘度计测定了几个具有一定配比的CTAB/AS/H2O复配系统在不同浓度时的粘度,其粘度随浓度的变化趋势与配比有关。在浓度从接近CMC1到高出CMC2不是很多的情况下,随浓度增大,远离等摩尔比的复配系统的粘度变化不显著;而接近等摩尔比的复配系统的粘度变化较显著,这与复配系统的微观结构有关。CTAB∶AS=7∶3的复配系统在由CMC1到约为CMC2的2.5倍的浓度范围内,先后经历了球形胶束的生成,球形胶束向棒状胶束的转变,棒状胶束的柔性增强导致其柔性缠绕的微观结构变化阶段,因而这类复配系统的粘度随浓度变化较显著;而CTAB∶AS=8∶2的复配系统在由CMC1到约为CMC2的6.5倍的浓度范围内,其代表性结构依次为球形胶束,球形胶束和棒状胶束的共存,棒状胶束,在TEM照片中未见棒状胶束的相互缠绕现象,这是这类远离等摩尔比的复配系统在该浓度范围内粘度变化不显著的原因所在。