第三组分对表面活性剂复配体系的影响

论文摘要

研究表明,十六烷基三甲基溴化铵（CTAB）与2-苯基-苯并咪唑-5-磺酸（PBSA）在水溶液中复配先形成囊泡,恒温放置后转变为纳米管。对于这一现象目前尚未有明确的解释,初步认为是平面化合物的各向异性结构所导致。以此为指导,在随后发现的几个复配体系中,如阳离子表面活性剂烷基溴化铵/橙黄G、2-萘磺酸钠等,均得到了自组装形成的纳米管。但是该机理远不够成熟,需要大量的实验证据予以证实。为此本论文引入第三组份来研究上述两组分复配体系的组装规律,通过三元相图的绘制,浊度、粘度、红外和紫外测试以及电镜观察来确定囊泡的形成和转变机理,为表面活性剂自组装研究提供新的思路。首先研究了酸（HCl）和碱（NaOH）分别对十四烷基三甲基溴化铵（TTAB）与2-苯基-苯并咪唑-5-磺酸（PBSA）复配的影响。发现当复配体系中加入少量的酸或碱时,加速了TTAB/PBSA体系复配后囊泡向纳米管的转变。而当体系中加入酸调节pH值使体系的pH<2.5时,原来形成凝胶的体系出现沉淀;体系中加入碱调节pH值使体系pH>11.5时,富-PBSA的体系不再形成淡蓝色浑浊的囊泡结构,而是直接形成了澄清透明、具有黏度、有流动双折射的新结构,这些结构在恒温下长期稳定存在。通过表征这些新的结构为许多短而且细的管状结构。分析认为这是由于压缩双电层以及酸碱参与分子组装共同作用的结果。当复配体系中酸与碱浓度低时压缩双电层起主要作用;当浓度高时,酸与碱参与了分子组装。对于高浓度下酸与碱出现不同的现象是由于PBSA分子在酸性条件下难溶引起的。随后研究了十二烷基苯磺酸钠（SDBS）对TTAB/PBSA复配体系的影响。发现当SDBS加入量很少时,复配体系仍然可以实现由囊泡向纳米管的转变;而当SDBS加入量较大时复配体系与TTAB/SDBS两组分复配时相同,始终保持在囊泡状态。通过表征分析认为出现该现象的原因是SDBS参与了TTAB/PBSA复配后的自组装,且SDBS与TTAB的结合力明显强于PBSA。因此在自组装形成的结构中取代了PBSA分子,从而没有出现向纳米管的转变。接下来研究了十二烷基苯磺酸钠（SDBS）对另外一种可以形成纳米管的复配体系---十四烷基三甲基溴化铵/平面结构化合物橙黄G（OG）的影响,发现了类似于TTAB/PBSA体系的规律。在SDBS含量较少,OG/TTAB含量比大于1时有纳米管出现且与OG/TTAB两组分相似,形成的纳米管极易聚并呈针状物析出。而当SDBS含量较大时体系保持稳定的囊泡状态。通过表征分析认为体系出现该现象也是由于OG分子与SDBS分子竞争参与自组装。体系中形成的纳米管以针状析出物的形式聚并析出是由于OG分子中含有两个磺酸基使得形成的纳米管之间电性吸引作用较强,而不是因为纳米管之间因为形成氢键所致。以上研究表明,平面结构化合物在与阳离子表面活性剂复配时形成的囊泡是不牢固的,容易受到酸碱和第三组分表面活性剂的影响。从几何结构分析,说明平面结构分子参与形成的各向同性囊泡结构中存在较大空隙,容易被第三组分表面活性剂占据而形成稳定的囊泡结构,只有各向异性的纳米管才是平面结构化合物的稳定结构。这对于明确囊泡向纳米管的转变机理有重要意义,对有目的地组装各种各向异性结构起到了积极的指导作用。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 表面活性剂研究进展
• 1.2 表面活性剂复配的研究
• 1.2.1 表面活性剂凝胶（Surfactant Gels）
• 1.2.2 蠕虫状胶束
• 1.2.3 表面活性剂复配形成囊泡的研究
• 1.2.3.1 囊泡研究进展
• 1.2.3.2 表面活性剂囊泡的形成
• 1.2.3.3 表面活性剂囊泡的形成机理
• 1.2.3.4 囊泡的应用
• 1.2.4 表面活性剂复配形成纳米管的研究
• 1.2.4.1 表面活性剂复配形成纳米管的机理
• 1.2.4.2 纳米管的应用及其研究前景
• 1.3 各种因素对表面活性剂复配体系的影响
• 1.3.1 盐对表面活性剂复配体系的影响
• 1.3.1.1 盐对混合胶束体系的影响
• 1.3.1.2 盐对囊泡体系的影响
• 1.3.2 pH 对表面活性剂复配体系的影响
• 1.3.3 乙醇对表面活性剂囊泡的影响
• 1.3.4 离子、非离子表面活性剂对表面活性剂囊泡的影响
• 1.3.5 温度对表面活性剂复配体系的影响
• 1.3.6 超声对CTAB/SDBS 囊泡稳定性的影响
• 1.4 表面活性剂复配体系的表征
• 1.4.1 虫状胶束的表征方法
• 1.4.2 囊泡表征方法
• 1.4.3 纳米管的表征方法
• 1.4.4 液晶的表征方法
• 1.5 论文研究内容
• 第二章 酸碱对十四烷基三甲基溴化铵（TTAB）/2-苯基-苯并咪 唑-5-磺酸（PBSA）复配体系的影响
• 2.1 引言
• 2.2 实验药品及仪器
• 2.3 实验方法
• 2.3.1 三组分体系相图
• 2.3.2 浊度测定方法
• 2.3.3 黏度测定
• 2.3.4 负染色透射电镜观察
• 2.4 结果与讨论
• 2.4.1 三组分体系相行为
• 2.4.2 浊度的表征
• 2.4.3 盐对TTAB/PBSA 复配体系的影响
• 2.4.4 黏度表征
• 2.4.5 NaOH 对分相温度的影响
• 2.4.5 负染色透射电镜表征
• 2.5 小结
• 第三章 十二烷基苯磺酸钠（SDBS）对TTAB/PBSA 复配体系的影响
• 3.1 引言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 实验药品及仪器
• 3.2.2 实验方法
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 三元相图的绘制
• 3.3.2 浊度的表征
• 3.4 小结
• 第四章 十二烷基苯磺酸钠对阳离子表面活性剂/橙黄G（OG）复配体系的影响
• 4.1 引言
• 4.2 实验部分
• 4.2.1 实验药品及仪器
• 4.2.2 实验方法
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 三元相图的绘制
• 4.3.2 浊度的表征
• 4.3.3 黏度表征
• 4.3.4 紫外可见表征
• 4.3.5 红外表征
• 4.4 小结
• 第五章 第三组分对表面活性剂复配影响的机理
• 5.1 引言
• 5.2 机理探讨
• 5.3 小结
• 参考文献
• 致谢
• 附录: 攻读硕士期间发表论文情况