阳离子碳氟表面活性剂研究I: 水溶液中的胶束特性及生长

利用动态光散射(Dynamic Light Scattering, DLS)、瞬态电双折射(Transient Electric Birefringence, TEB)和粘度测定方法研究了部分氟代阳离子表面活性剂氟代-2-羟基十一烷基二乙羟基甲基氯化铵(diethanolheptadecafluoro-2-undecanol methylammonium chloride, C₈F₁₇CH₂CH(OH)CH₂NCH₃(C₂H₄OH)₂Cl, DEFUMACl)水溶液的胶束化特性. 结果表明: DEFUMACl的临界胶束浓度cmc为3.8 mmol•L^－1. 稀溶液中随着DEFUMACl浓度的增加或者无机盐NaCl的加入, DEFUMACl胶束由球形向棒状转变, 其转变浓度, 即第二临界胶束浓度(cmc_II)为0.2 mol•L^－1; 电导测定的反离子(Cl^－)结合度为0.72. 利用球形和棒状胶束模型确定的DEFUMACl胶束聚集数分别为45和335.     

以全氟丁基为基础的具有高表面活性的氟表面活性剂

氟表面活性剂的环境和生物降解问题是最近的热点, 特别是全氟长链(≥C8)氟表面活性剂的应用限制乃至禁用已成为必然趋势. 本文合成了一种以短链的全氟丁基为基础的阳离子氟表面活性剂, N-[3-(二甲基胺基)丙基]全氟丁基磺酰胺盐酸盐(C4F9SO2NH(CH2)3NH(CH3)+2Cl-, 简称为PFB-MC). 该表面活性剂适用于强酸性环境, 具有极高的表面活性, 其溶液最低表面张力(19.80 mN·m-1)和通常的氟表面活性剂相当. 通过表面张力方法得到了固定pH(pH=2.6-2.7)情况下PFB-MC的表面张力-浓度对数(γ-lgc)曲线, 以及该pH下外加盐([NaCl]=0.1 mol·L-1)对表面张力的影响; 并进一步研究了pH对PFB-MC在其临界胶束浓度(cmc)前后的表面张力的影响.     

可聚硼酸酯表面活性剂的表面化学性质及与LAS相互作用

用表面张力法研究了可聚合硼酸酯表面活性剂(BES)水溶液不同温度下(288-313 K)的表面活性和热力学函数变化；考察了BES与十二烷基苯磺酸钠(LAS)在0.5 mol·L-1 NaCl溶液中的相互作用. 结果表明, 298 K时, BES临界胶束浓度cmc达到0.066 mmol·L-1, γcmc为29.2 mN·m-1；在所考察的温度范围内BES胶束形成自由能(ΔG0m)在-22.4 - -25.8 kJ·mol-1之间, 胶束形成是熵驱动过程. BES/LAS混合体系为具有较大负偏差的非理想体系, BES/LAS分子间平均相互作用参数βm=-3.48；当溶液体相中BES摩尔分数αBES＝0.5时, 混合胶束中BES摩尔分数X1m为0.46, |βm|达到最大, 而且此时混合溶液cmc为0.017 mmol·L-1, 达到最低, γcmc为27.8 mN·m-1.     

Triton X-100/n-C~4H~9OH/H~2O体系的扩散系数与结构特性

在无外加探针条件下用循环伏安法测定了不同形状TritonX-100胶束的扩散系数,得到第一cmc(临界胶束浓度)为3.1×10^-^4mol.L^-^1,第二cmc为1.3×10^-^3mol.L^-^1,并给出了TritonX-100的电化学反应机理。随正丁醇含量的增加,TritonX-100球形胶束的扩散系数迅速增加,正丁醇的增溶分数略有降低,但胶束内微极性却降低较多;棒状胶束转变为球形胶束,正丁醇的增溶分数基本不变,但胶束内微极性降低。随温度升高,TritonX-100分子与胶束的扩散系数均增加。正丁醇含量<1.5%时,扩散活化能E~D随正丁醇含量增加而迅速增加;但正丁醇含量>1.5%时,E~D增加变缓。     

聚丙烯酰胺/聚L-谷氨酸苄酯接枝共聚物的合成及其胶束制备

以聚丙烯酰胺(PAM)为大分子引发剂, 采用开环聚合方法, 在N,N-二甲基甲酰胺(DMF)中引发L-谷氨酸苄酯环内酸酐(BLG-NCA)聚合合成了两亲性聚丙烯酰胺/聚L-谷氨酸苄酯接枝共聚物(PAM-g-BLG), 采用IR, 1H NMR和GPC方法对共聚物结构进行了表征; 用芘作荧光探针, 研究了共聚物胶束的形成及其临界胶束浓度(cmc), 利用动态光散射(DLS)和透射电镜(TEM)研究了胶束的粒径分布和形态. 结果表明, PAM能够引发BLG-NCA开环聚合得到接枝共聚物, 在一定条件下接枝共聚物能够形成球形的稳定胶束, cmc值和胶束粒径随着共聚物中疏水性聚L-谷氨酸苄酯(PBLG)链段含量的增加而减小.     

含铕荧光两亲接枝共聚物的制备及胶束化行为

以丙烯酸(AA)、 苯甲酸(BA)和邻菲啰啉(Phen)为配体, Eu³⁺为中心离子, 制备了可聚合荧光配合物单体, 并以此单体为功能单体, 聚乙二醇单甲醚甲基丙烯酸酯(MPEGMA)和甲基丙烯酸六氟丁酯(HFMA)为共聚单体, 通过溶液聚合制备出含铕两亲荧光接枝共聚物P-[HFMA-co-Eu(AA)(BA)₂Phen]g-PEG. 利用红外光谱(FTIR)和核磁共振波谱(¹H NMR和¹⁹F NMR)对共聚物的结构进行表征; 采用表面张力法测定共聚物的临界胶束浓度(cmc)为0.20 g/L; 通过透射电子显微镜(TEM)和动态光散射仪(DLS)观察胶束的形貌及其胶束化行为, 发现该共聚物可以形成大小均一的球形胶束, 且随着共聚物浓度的提高, 胶束粒径相应增大; 在溶液浓度达到临界胶束浓度时, 溶液荧光出现强度突变.     

聚丙烯酸接枝辛基酚聚氧乙烯醚的合成、表征和胶束化

通过自由基聚合, 丙烯酸(AA)与辛基酚聚氧乙烯醚丙烯酸酯活性大单体(C8PhEO10Ac)共聚,合成了以聚丙烯酸为主链、C8PhEO10Ac 为支链的水溶性两亲接枝共聚物(PAA-g-C8PhEO10Ac), 用凝胶渗透色谱(GPC)测定其相对数均分子质量为4.37×10⁴, 用FTIR和1H-NMR表征了共聚物的结构和组成, 共聚物分子中丙烯酸单体与活性大单体的摩尔比为9:1, 每个共聚物分子中平均约有32个C8PhEO10侧链. 用表面张力法、荧光探针法和透射电子显微镜对共聚物在水溶液中的自组装行为进行了初步研究, 结果表明, 共聚物分子在第一临界胶束浓度cmc1)和第二临界胶束浓度(cmc2)时都形成了球型胶束. 与cmc1时相比, cmc2时溶液表面张力进一步降低, 胶束内部极性进一步减小, 而且胶束粒径增大、结构紧密. 氯化钠的加入可使共聚物溶液的表面张力和胶束内部极性降低.     

青霉素钾对CTAB胶束性质的影响

研究了青霉素钾对十六烷基三甲基溴化铵（CTAB）的cmc、CTAB胶束聚集数和扩散系数的影响.研究结果表明，青霉素钾(Pen K)的加入使得CTAB胶束的第一cmc、第二cmc上升；CTAB球形胶束的聚集数下降,扩散系数增加；CTAB棒状胶束的聚集数增加,扩散系数降低.     

全氟丁基磺酸钠与辛基三乙基溴化铵的相互作用

通过测定辛基三乙基溴化铵(C8H17N(CH2CH3)3Br,C8NE)与全氟丁基磺酸钠(C4F9SO3Na,C4F)组成的不同混合比的碳氢-碳氟正负离子表面活性剂混合体系的表面张力,得到不同摩尔比时C8NEC4F体系的临界胶束浓度(cmc)、cmc处的表面张力(γcmc)、总饱和吸附量、不同表面张力时表面吸附层的组成,利用Gibbs-Duhem方程求得cmc处的胶团组成。 采用规则溶液理论计算了胶团中分子间相互作用参数(βm),并求得cmc以上的胶团组成。 实验表明,C8NEC4F复配体系的cmc远远小于单体系的cmc,这也体现在该体系的βm负值很大,胶团内分子相互作用很强。 但是C4F与C8NE复配后γcmc较C4F单体系的变化幅度不是特别大(γcmc降低2~4 mN/m),这是由于C8NEC4F碳链的不对称性导致部分C8NE的碳链在溶液表面弯曲而覆盖了C4F端基CF3基团。 表面吸附层中氟表面活性剂相对于本体溶液是富集的,即使对于C8NE大大过量的体系,表面吸附层组成也在等摩尔附近;对于C4F过量的体系,C4F在表面吸附层中的比例比溶液中的略高。 随着表面张力的降低,表面吸附层的组成相对更偏向于氟表面活性剂。 cmc处的胶团组成随着体系中C4F含量的增大偏向于形成显著富含C4F的胶团,对于C8NE大大过量的体系,胶团组成接近等摩尔。 cmc之后的胶团组成接近等摩尔,主要归因于此时静电相互作用占主导,这和溶液配制过程中发现复配体系超过cmc一定浓度后就易生成沉淀的现象是相符的。     

稳态荧光探针法测定三聚季铵盐表面活性剂的胶束聚集数

以芘为荧光探针, 十六烷基氯化吡啶(CPC)为猝灭剂, 以芘的饱和水溶液为溶剂配制表面活性剂溶液, 根据芘的荧光强度之比I1/I3随表面活性剂水溶液浓度的变化, 测定了三聚季铵盐表面活性剂CTTTA的cmc值, 测定值与表面张力法测定的cmc值一致；当猝灭剂CPC的浓度取0.1~0.3 mmol·L-1范围时, 用稳态荧光探针法测定了CTTTA的胶束聚集数. 实验数据表明, 表面活性剂溶液浓度为6~10倍cmc时, 胶束聚集数N随表面活性剂浓度增大而线性增大, 并用外推法得到CTTTA的临界胶束聚集数.     

全氟壬烯氧基苯磺酸钠与四丁基溴化铵的相互作用

通过全氟壬烯氧基苯磺酸钠(C9F17OC6H4SO3Na,OBS)与四丁基溴化铵(TBAB)的复配,研究了OBS与TBAB复配体系的表面性能和润湿性能。在不同摩尔比下碳氟表面活性剂与季铵盐复配体系的临界胶束浓度(cmc)、最低表面张力(γcmc)、复配体系的总饱和吸附量(Γtm)和极限分子面积(Amin)的研究结果表明,在最佳等摩尔比时,体系的cmc和γcmc被降到最低,获得了最大总饱和吸附量(Γtm)(5.27 mol.cm-2)和最小的极限分子面积(Amin)(0.32 nm2),使其在水溶液中的表面性能增强。同时等摩尔比的复配体系,在大于0.10mmol.L-1的浓度区复配体系接触角较小,显示比较好的润湿性。     

DMABN测定含溴化钠或正丁醇水溶液中表面活性剂的临界胶团浓度

以对二甲氨基苯甲腈(DMABN)为探针, 测定它在含NaBr或n-C4H9OH的表面活性剂十二烷基三甲基溴化铵(C12TABr)、季铵盐Gemini表面活性剂C12-3-C12·2Br和十二烷基硫酸钠(SDS)水溶液中的第二重荧光对应的强度(Ia)和特征波长(λa)对表面活性剂浓度(c)曲线. 由Ia-c曲线的转折点或λa-c曲线对应的一阶导数极小点可以获得临界胶团浓度(cmc), 扩展了DMABN探针测定表面活性剂cmc的适用性.     

聚L-丙氨酸-聚乙二醇嵌段共聚物的胶束化行为研究

以氨基聚乙二醇单甲醚(MPEG-NH₂)为大分子引发剂, 采用开环聚合方法合成了聚L-丙氨酸-聚乙二醇嵌段共聚物(PAME), 并对其结构进行了表征; 用圆二色谱(CD)研究了嵌段共聚物在水溶液中的二级结构, 用芘荧光探针技术研究了共聚物胶束的形成及其临界胶束浓度(CMC), 利用动态光散射(DLS)和透射电镜(TEM)研究了胶束的粒径分布和形态. 结果表明, 在水溶液中共聚物链以α-螺旋构象形式存在, 在一定条件下嵌段共聚物能够形成球形的稳定胶束, PAME-1形成胶束的CMC为1.99×10^-5 mol/L, CMC值受共聚物中聚L-丙氨酸(PLA)链段含量的影响.     

聚L-丙氨酸-聚乙二醇嵌段共聚物纳米胶束的研究

分别以氨基聚乙二醇和氨基聚乙二醇单甲醚为大分子引发剂,采用开环聚合的方法合成了两亲性聚L-丙氨酸-聚乙二醇(PAE)和聚L-丙氨酸-聚乙二醇单甲醚(PAME)两种嵌段共聚物,其结构经1H NMR,IR,DSC,GPC等表征;利用园二色技术研究了其在水溶液中的二级结构,用芘荧光探针技术研究了其胶束的形成及其临界胶束浓度(CMC),利用透射电镜研究了胶束的形态。结果表明,在水溶液中共聚物链以α-螺旋构象形式存在,在一定条件下嵌段共聚物PAE-1,PAE-2,PAME-1和PAME-2能够形成球形的稳定胶束,PAE-1形成胶束的CMC为3.36×10-5mol.L-1,CMC值受嵌段类型和共聚物中聚L-丙氨酸链段含量的影响。     

新型腰果酚双子表面活性剂的合成及表面活性

以天然生物质腰果酚、1,3-二溴丙烷及氯磺酸为原料,通过醚化、磺化及中和三步反应合成了一类新型的腰果酚基磺酸盐双子(Gemini)表面活性剂.采用傅立叶转换红外光谱仪和核磁共振谱仪表征了产物的结构;采用滴体积法测定了腰果酚Gemini表面活性剂的表面张力,研究了水溶液的表面性质,并与相应的单基腰果酚基磺酸盐表面活性剂进行了对比.结果表明:腰果酚Gemini表面活性剂水溶液的临界胶束浓度(cmc)为6.20×10-2 mmol.L-1,远小于相应的单基腰果酚表面活性剂水溶液的cmc(8.40mmol.L-1);其临界表面张力γcmc为36.92mN.m-1,与单基腰果酚表面活性剂水溶液的相近(γcmc为38.41mN.m-1).与此同时,腰果酚Gemini表面活性剂水溶液的最小分子截面积Amin为0.27nm2,比相应的单基表面活性剂水溶液的小得多.     

温敏性含氟两亲接枝共聚物的制备及胶束化行为

以聚乙二醇单甲醚甲基丙烯酸酯(MPEGMA)为大分子单体, 甲基丙烯酸六氟丁酯(HFMA)为含氟单体, N-异丙基丙烯酰胺(NIPAAm)为功能性单体, 采用大分子单体接枝共聚法, 制备了一种温敏性含氟两亲接枝共聚物P(NIPAAm-co-HFMA)-g-PEG. 利用FTIR, ¹H NMR, ¹⁹F NMR和GPC对共聚物的结构进行表征; 采用紫外-可见分光光度计测定了共聚物的低临界溶解温度(LCST)约为38.9 ℃, 高于人体正常的生理温度; 利用荧光探针技术测定了共聚物的临界胶束浓度(cmc), 结果表明, 当共聚物溶液温度高于LCST时, 其cmc明显变小; 利用激光光散射粒度仪(LLS)测定了共聚物胶束的水合粒径及其分布, 当温度达到LCST时, 胶束粒径明显变小, 温度过高时, 粒径又有所增大; 利用透射电子显微镜(TEM)研究了共聚物胶束的形貌, 结果表明, P(NIPAAm-co-HFMA)-g-PEG在水溶液中可自组装成球状胶束粒子, 随着温度的升高, 共聚物胶束由松散的核壳结构转变成更加紧凑的球状结构, 且粒径明显变小.     

C12-3-C12·2Br及C12-3（OH）-C12·2Br水溶液的胶团聚集数及流变特征

采用荧光探针法测定了C12-3-C12·2Br及C12-3(OH)-C12·2Br Gemini表面活性剂胶团聚集数,结果表明,浓度极大影响其胶团聚集数,当浓度为各自临界胶团浓度的5.5倍时,由于联结链中羟基的作用,C12-3(OH)-C12·2Br的胶团聚集数为44.7,远大于C12-3-C12·2Br的33.2;C12-3-C12 ·2Br浓度直至64 mmol/L,C12-3(OH)-C12·2Br浓度直至54 mmol/L,剪切速度γ在0～1 875 s-1范围内,流变行为表现出牛顿体特征;在其后浓度的范围,临界剪切速度γ*以上时,为非牛顿体特征.黏度随浓度增大而增大并有—上升拐点;在联结链上引入羟基,对流变行为影响不大,但在相同条件下,黏度略微增大.     

多烷基苯磺酸钠水溶液的表面性质

研究了多烷基苯磺酸钠的结构, 特别是侧链碳原子数的增加, 对其表面活性的影响, 并与其它烷基苯磺酸钠进行了比较. 结果表明, 随着苯环上侧链碳原子数的增加, 多烷基苯磺酸钠的临界胶束浓度(cmc)降低, 但侧链上CH2降低cmc的程度远小于主链上CH2的作用. 当侧链碳原子数增加时, 多烷基苯磺酸钠的饱和吸附量(Γmax)降低, 表现出与主链不同的变化规律. 从多烷基苯磺酸钠的结构解释了cmc和Γmax的变化规律.     

大庆油田三元复合驱结垢样品中碳酸钙的结晶特性及形貌特征

采用EDAX, XRD和SEM等方法对大庆油田三元复合驱结垢样品中碳酸钙的结晶特性及形貌特征进行了研究. 结果表明, 结垢样品中的碳酸钙呈现出球形、棒状和花状等形貌特征和层状生长的结晶特征. 部分水解聚丙烯酰胺(HPAM)降低了重烷基苯磺酸盐(HABS)表面活性剂的临界胶束浓度(cmc), 促进了其胶束化作用; HABS使溶液中HPAM链的刚性增强, 负电吸引能力增强; 二者均会形成模板, 导致结垢样品中的碳酸钙具有不同的形貌特征. 聚丙烯酰胺和表面活性剂的存在未改变结垢样品中碳酸钙的层状生长特征.     

分子内扭转电荷转移探针DMABN测定表面活性剂水溶液的临界胶团浓度

以对二甲氨基苯甲腈(DMABN)为探针, 测定它在表面活性剂(C12TABr、SDS、C12E23、C12-3-12·2Br)水溶液中的第二重荧光强度(Ia)和对应的特征波长(λa)对表面活性剂浓度(c)曲线, 由Ia-c 曲线的转折点或λa-c曲线对应的一阶导数极小点可以获得临界胶团浓度(cmc). 由于C12-3-C12·2Br在水溶液中强烈聚集, 利用λa-c曲线还可以获得其胶团结构松散度的信息.