界面扩张流变法研究C12mimBr对Gemini12-2-12在空气/水界面聚集行为的影响

采用界面扩张流变技术研究了季铵盐偶联表面活性剂C₁₂-(CH₂)₂-C₁₂·2Br (Gemini12-2-12)及其与离子液体表面活性剂溴化1-十二烷基-3-甲基咪唑(C₁₂mimBr)复配体系的动态界面张力、扩张流变性质和界面弛豫过程等, 探讨了C₁₂mimBr 对C₁₂mimBr/Gemini12-2-12 混合体系界面性质的影响及C₁₂mimBr 对Gemini12-2-12界面聚集行为影响的机制. 结果表明, 随着离子液体表面活性剂的不断引入, 体系界面吸附达到平衡所需的时间逐渐缩短, 扩张模量和相角明显降低, 界面吸附膜由粘弹性膜转变为近似纯弹性膜; 同时, 界面及其附近的弛豫过程也发生显著变化, 慢弛豫过程消失, 快弛豫过程占主导地位, 且离子液体浓度越高, 快弛豫的贡献越大. 这些界面性质的变化主要归因于离子液体表面活性剂C₁₂mimBr参与界面形成及两表面活性剂在界面竞争吸附的结果. 少量离子液体表面活性剂C₁₂mimBr 的加入可以填补疏松的Gemini12-2-12 界面上的空位, 形成混合界面吸附膜. 随着C₁₂mimBr 含量的增加, 嵌入界面的C₁₂mimBr 分子数不断增多, 导致界面上相互缠绕的Gemini12-2-12烷基链“解缠”, 在体相和界面分子扩散交换的过程中“解缠”的Gemini12-2-12分子从界面上解吸回到体相, 与此同时, C₁₂mimBr 分子相对较小的空间位阻及较强的疏水作用促使其优先扩散至界面进而取代Gemini12-2-12分子, 最终界面几乎完全被C₁₂mimBr分子所占据.     

驱油体系化学剂间相互作用对界面吸附膜的影响

采用界面张力弛豫技术研究了不对称Gemini表面活性剂C12COONa-p-C9SO3Na、部分水解聚丙烯酰胺Mo-4000、疏水缔合水溶性聚丙烯酰胺(HMPAM)等驱油体系化学剂在癸烷/水界面上的扩张流变性质,考察了不同离子强度、不同类型电解质对体系界面流变性质的影响,计算得到界面扩张弹性模量和粘性模量的全频率谱,并通过归一化方法(cole-cole图)探讨了界面吸附膜的弛豫过程。研究发现,界面膜内分子重排和界面与体相间分子扩散交换是影响膜性质的主要弛豫过程。表面活性剂体相浓度增大有利于界面分子重排过程,而低频有利于扩散交换过程;不同结构聚合物以及不同离子强度、不同类型电解质对表面活性剂吸附膜有不同的影响。     

不同电性Gemini表面活性剂界面扩张性质

利用Langmuir槽法研究了含聚氧乙烯醚链中间链的两性Gemini表面活性剂C8E4NC12、阳离子Gemini表面活性剂C12NE3NC12和阴离子Gemini表面活性剂C8E4C8在空气/水表面和癸烷/水界面上的扩张性质,考察浓度对3种Gemini表面活性剂溶液表、界面扩张性质的影响.结果表明,由于分子间存在库仑引力,两性Gemini分子表现出较高的扩张弹性和粘性,且界面扩张性质类似于表面.对于有相同电荷Gemini分子,C8E4C8分子中的刚性苯环导致其疏水长链在表面上的取向不同于C12NE3NC12分子,两者表现出不同的表面扩张性质;而油分子能改变同电荷Gemini分子中长链烷基的取向,造成其界面扩张弹性和粘性远低于表面.提出了不同电性Gemini分子在界面排布的示意图,并利用弛豫过程的特征参数进行了验证.     

离子液体在多水相液液平衡体系中的作用

通过用短链离子液体(1-乙基-3-甲基咪唑溴盐[C2mim]Br、1-丁基-3-甲基咪唑溴盐[C4mim]Br)部分或全部取代SDS/DTAB/PEG/NaBr/H2O多水相体系中的无机盐NaBr,用长链离子液体十二烷基-3-甲基咪唑溴盐[C12mim]Br部分取代体系中阳离子表面活性剂DTAB,系统研究了离子液体在分相体系中的作用及其对分相体系性质的影响.研究表明,SDS/DTAB/PEG/NaBr/H2O混合体系形成的四水相体系可以看作"聚合物双水相"与"表面活性剂双水相"共存的结果.短链离子液体([C2mim]Br、[C4mim]Br)较强的亲水性能赋予其较强的盐析能力,在混合体系中表现出明显的盐效应,保证了四水相体系中"聚合物双水相"的存在.短链离子液体与聚合物之间的相互作用及其对表面活性剂之间相互作用的影响均不可忽略.对混合体系的相行为,共存多相的性质有重要的影响.而长链离子液体[C12mim]Br主要通过自身的疏水作用影响"表面活性剂双水相"的性质,充当表面活性剂的角色.然而,[C12mim]Br与DTAB分子结构上的差异,导致表面活性剂分子在"表面活性剂双水相"的两相重新分配,影响了对应两相的体积及萃取能力.可见,通过调节离子液体的烷基链长、混合体系中的含量等可获得具有特定性质的多水相体系.     

Gemini表面活性剂对疏水缔合聚丙烯酰胺界面吸附膜扩张流变性质的影响

采用小幅低频振荡和界面张力弛豫技术, 考察了疏水缔合水溶性聚丙烯酰胺(HMPAM)在正癸烷-水界面上的扩张黏弹性质, 研究了不对称Gemini表面活性剂C₁₂COONa-p-C₉SO₃Na对其界面扩张性质的影响. 研究发现, 疏水链段的存在, 使HMPAM在界面层中具有较快的弛豫过程, 扩张弹性显示出明显的频率依赖性. 表面活性剂分子可以通过疏水相互作用与聚合物的疏水嵌段在界面上形成类似于混合胶束的特殊聚集体. 表面活性剂分子与界面聚集体之间存在快速交换过程, 可以大大降低聚合物的扩张弹性. 同时, 聚合物分子链能够削弱表面活性剂分子长烷基链之间的强相互作用, 导致混合吸附膜的扩张弹性远低于单独表面活性剂吸附膜.     

Gemini表面活性剂C12-2-C12·2Br在气-液界面吸附动力学

用最大泡压法考察Gemini表面活性剂C12-2-C12·2Br在气-液界面吸附动力学。研究表明,随着表面活性剂浓度的增加,表面活性剂分子的扩散速率加快,其扩散系数D随之增大。与对应的单体表面活性剂DTAB比较,由于2种表面活性剂的结构差别引起C12-2-C12·2Br的疏水性比DTAB的强,导致前者的吸附扩散系数D比后者的大将近100倍。表面活性剂在气液界面吸附后期,属于扩散-动力学控制模型,有吸附能垒Ea存在,C12-2-C12·2Br与DTAB的吸附能垒分别为17．29和9、13kJ／mol。由于C12-2-C12·2Br在气液界面上的表面压和表面覆盖率以及分子的头基面积都大于DTAB,引起了前者在气液界面上的吸附能垒增大。     

十二烷基硫酸钠对两性咪唑类离子液体表面活性剂1-磺丙基-3-十二烷基咪唑内盐界面聚集行为的影响

利用界面扩张流变技术,研究了两性咪唑类离子液体表面活性剂1-磺丙基-3-十二烷基咪唑内盐(C₁₂imSP)的界面聚集行为,探讨传统表面活性剂十二烷基硫酸钠(SDS)对C₁₂imSP界面聚集行为的影响机制。 结果表明,少量SDS的加入可以填补界面上疏松的C₁₂imSP分子间的空位,界面上形成表面活性剂混合吸附膜,界面张力显著降低;提高SDS的浓度,其分子从体相向界面层的扩散交换占优势,界面层分子逐渐达到饱和吸附,此后体系中有混合胶束形成。 体相胶束中富集的SDS分子对C₁₂imSP分子的“收纳”作用及进一步的“挽留”作用,加之C₁₂imSP分子本身相对较大的空间位阻效应导致界面上的C₁₂imSP分子一旦通过扩散作用被交换至体相,其很难再回复到表面层,即界面膜以SDS分子为主。 通过调节体系中SDS的含量,可以实现对混合体系SDS/C₁₂imSP/NaCl(0.1 mol/L)界面聚集行为的调控,进而实现对界面膜性质的调控。     

离子液体表面活性剂1-丁基-3-甲基咪唑烷基硫酸酯的合成及其在水溶液中的聚集行为

采用离子交换法,由1-丁基-3甲基咪唑氯盐（C4mimCl）和烷基硫酸钠合成了一系列无卤素的阴离子表面活性离子液体—1-丁基-3-甲基咪唑烷基硫酸酯[C4mim][CnH2n 1SO4](n=8,12,16),利用表面张力仪、稳态荧光光谱等手段考察了表面活性离子液体在水溶液表面及体相中的聚集行为,结果表明,与传统无机反离子相比,有机咪唑阳离子[C4mim] 作为反离子的离子液体型表面活性剂具有较高的表面活性,[C4mim] 产生的氢键引起的抑制分子规则排列的作用小于其促进分子有序排列的疏水作用。长烷基链的阴离子是界面膜及胶束的主要组成成分,阴离子疏水烷基碳链的增长虽然可促进胶束的形成,但却在一定程度上抑制[C4mim] 离子参与界面或胶束的形成;阴离子所带烷基链越长,越不利于阳离子[C4mim]＋参与界面膜或胶束的形成,界面膜或胶束中表面活性剂排布越松散,即界面张力越大,体系中胶束聚集数较小。     

最大泡压法研究C12-2-Ex-C12•2Br在气/液表面的吸附动力学

用最大泡压法考察季铵盐Gemini表面活性剂C₁₂-2-E_x-C₁₂?2Br (x＝1, 2, 3)在气/液表面吸附动力学行为, 研究表明增加表面活性剂体相浓度和温度将加快分子扩散速度, 因此提高了表面吸附的动力学效果. 增加联接链长度x减小了分子预聚集倾向, 溶液中的单分子浓度增加, 有利于初始扩散, 使γ_t降低. 接近饱和吸附时, 由于x较大的单元分子在表面层占据的截面积也较大, 降低了表面层甲基端基的覆盖度, 相对升高了介平衡表面张力. 与对应的同头基同碳原子数的十二烷基三甲基溴化铵(C₁₂TABr)比较, C₁₂-2-E₁-C₁₂?2Br分子更倾向于吸附在表面层上.     

短链烷基对多取代烷基苯磺酸盐界面性质的影响

利用悬挂滴方法研究了2,5-二乙基-4-壬基苯磺酸钠(292)、2,5-二丙基-4-壬基苯磺酸钠(393)和2,5-二丁基-4-壬基苯磺酸钠(494)在空气-水表面和正癸烷-水界面的扩张流变性质,考察了时间、界面压、工作频率及体相浓度对扩张弹性和粘性的影响。研究发现,在低表面活性剂浓度条件下,表面吸附膜类似弹性膜,其强度由膜内分子的相互作用决定;高浓度下体相与表面间的扩散交换过程控制表面膜的性质。油分子的插入导致界面吸附分子之间相互作用的削弱,扩散交换过程主导界面膜性质;但随着短链烷基长度增加,油分子的影响变小。表面膜的强度在吸附达到平衡前已经决定,而界面膜在吸附饱和后仍然随界面分子重排而变化。     

Gemini表面活性剂/C12En混合体系的界面吸附、扩张粘弹与泡沫稳定性

用表面张力法研究了阳离子gemini表面活性剂乙基-1, 2-双(十二烷基二甲基溴化铵)(简写为12-2-12)和非离子表面活性剂十二烷基聚氧乙烯醚(C₁₂E_n,其中n = 4, 10, 23)混合体系在气液界面上的吸附行为;用扩张流变技术研究了吸附膜的扩张粘弹行为,实验数据用Lucassen-van den Tempel (LVT)模型进行拟合并根据模型得到了极限弹性值.最后研究了混合体系的泡沫行为,用泡沫塌陷到初始高度一半所对应的时间(t_1/2)来表征泡沫的稳定性.结果表明,所有的非离子表面活性剂C₁₂E_n均与12-2-12产生了吸引作用.在12-2-12浓度相同的情况下,混合吸附层中吸附分子的最小分子占据面积的顺序为12-2-12/C₁₂E₂₃ > 12-2-12/C₁₂E₁₀ > 12-2-12/C₁₂E₄,而极限弹性的顺序为ε_{0, fit}(12-2-12/C₁₂E₄) > ε_{0, fit}(12-2-12/C₁₂E₁₀) > ε_{0, fit}(12-2-12/C₁₂E₂₃).与单组分12-2-12形成的吸附膜相比,只有12-2-12/C₁₂E₄形成更加紧密的结构.具有较小亲水头基的非离子表面活性剂C₁₂E₄的加入,可增强12-2-12吸附膜的弹性,进而增强了对应体系泡沫的稳定性.     

咪唑基表面活性离子液体在气/液界面的扩张粘弹性

合成了两种咪唑基表面活性离子液体,通过界面膨胀流变法研究了其在气/液界面的聚集行为,考察了咪唑基表面活性离子液体浓度、无机盐和温度对聚集行为的影响。研究发现,咪唑基表面活性离子液体在吸附过程中吸附控制占主导作用,而弛豫过程不是单一指数函数;加入无机盐或升高温度可以提高咪唑基表面活性离子液体的表面活性、增强其在界面的吸附能力、降低表面张力。扩张流变结果显示扩张模量、弹性模量和粘性模量随震荡频率增加而增加;随表面活性离子液体浓度增大,扩张模量先增大后减小。扩张模量随温度升高或无机盐(NaBr或CaBr₂)的加入而降低。表面活性离子液在气/液界面形成的吸附膜以弹性模量为主,而且C₁₄mimBr的界面膜弹性模量大于C₁₂mimBr的界面膜弹性模量。     

Influence of Oleic Acid and Electrolyte on the Interfacial Dilational Properties of Surfactant/Polymer Systems at the Decane-Water Interface

The dilational properties of partly hydrolyzed polyacrylamide (HPAM) and 4,5-diheptyl-2-propylbenzene sulfonate (377) mixed systems in the absence or presence of electrolyte or oleic acid at the oil-water interface have been described by means of the oscillating barriers method and the interfacial tension relaxation method. The polymer plays different roles in influencing the nature of polymer-surfactant adsorbed layers at different surfactant concentrations. At low surfactant concentration, the addition of polymer perhaps weakens the “entanglement” of long alkyl chains, which decreases strikingly the dilational modulus of the adsorbed layer. At high surfactant concentration, the addition of the polymer increases the dilational modulus due to the hydrophobic interactions between polymer and surfactant molecules. On the case of adding electrolyte, the frequency dependence of dilational modulus increases due to the enhancement of exchange process of surfactant molecules and bivalent cation has more obvious effect than Na ion. Oleic acid plays dual roles in controlling interfacial dilational properties of mixed adsorption films: a small quantity of oleic acid increases the dilational modulus by forming densely packed mixed adsorption layer with surfactant molecules, while the superfluous addition of oleic acid could decrease the dilational modulus mainly due to the weakening of the “entanglement” among long alkyl chains in surfactant molecules.     

阿拉伯树胶对Gemini表面活性剂界面扩张流变性质的影响

利用悬挂滴方法研究了Gemini季铵盐表面活性剂(C₁₂-Ph-C₁₂和C₁₂-8-C₁₂)和阿拉伯树胶的界面张力和界面扩张流变性质, 考察了阿拉伯树胶对C₁₂-Ph-C₁₂和C₁₂-8-C₁₂溶液界面张力和界面扩张流变性质的影响. 研究结果表明, 1%(w)阿拉伯树胶的加入显著降低了C₁₂-Ph-C₁₂和C₁₂-8-C₁₂的界面张力, 但是界面扩张模量增加,这一变化主要是由于阿拉伯树胶分子与Gemini季铵盐表面活性剂分子通过静电相互作用形成复合物. 文中提出了不同结构Gemini季铵盐表面活性剂与阿拉伯树胶分子在界面排布的示意图.     

Foams stabilized by mixed cationic gemini/anionic conventional surfactants

The mixed adsorption of a cationic gemini surfactant, ethanediyl-1,2-bis(dodecyldimethylammonium bromide) (abbreviated as 12-2-12), and an anionic conventional surfactant, sodium dodecyl sulfate (SDS), was examined using surface tension measurements. The viscoelastic properties of the mixed films were investigated by dilational interfacial rheology technique. The results showed that the addition of SDS promoted the close packing of adsorbed molecules at the interface, which increased the dilational elasticity of the mixed films. The stability of the foams was determined by the half-life of foam height collapse. The foams generated by 12-2-12/SDS mixtures were more stable than that formed by pure 12-2-12. In the presence of sodium bromide, the foam stability was further enhanced and the surfactant concentration required to attain the maximum effect in stabilizing foams was greatly reduced. The high foam stability could well relate to the high elasticity of the film.