对pluronic水溶液介观相分离的理论模拟研究

用一种新的动力学密度泛函方法(介观动力学)对pluronics(P85)水溶液的介观相分离动力学进行了模拟研究。该方法可以直接给出水溶液体系中不规则三维微观形貌的动力学形成过程。在动力学模拟中热力学参数通过平均场密度泛函方法计算得到,共聚物分子则用高斯链作为模型进行模拟研究。高斯链的最小结构单元是被抽象为键连的株子体,代表实际体系高聚物分子中的一个单体或几个单体。研究了pluronuc水溶液体系的动力学演变历程并讨论了嵌段共聚物中不同组分长短以及共聚物浓度等因素对溶液微观形貌和体系性质的影响。和其它平衡态模拟方法相比较,介观动力学方法可以给出介观相分离的时间演变过程,有助于加深对很多工业加工处理过程和生理过程机理的理解。     

介观相分离对等规聚丙烯/烯烃嵌段共聚物共混体系相容性的影响

研究了2种烯烃嵌段共聚物(OBC1和OBC2)与等规聚丙烯(iPP)的相容性,其中2种烯烃嵌段共聚物具有相近的软硬段组成,软硬段中辛烯含量接近,但分子量不同.通过对OBC线性黏弹性的研究发现高分子量的OBC1会发生较强的介观相分离,而在所研究的温度范围内,低分子量的OBC2保持均相.利用了液滴回缩和流变学的方法测量了2种iPP/OBC共混体系的界面张力,同时采用动态力学分析研究了共混物中组分玻璃化转变温度的变化,并通过自浓度模型估算了2种OBC与iPP互溶的溶解度.结果发现虽然OBC1与iPP的界面张力较高,但二者之间的相容性却优于OBC2与iPP的相容性,这很可能是OBC1分子量大,嵌段共聚物的强介观相分离所导致其与iPP相容性更好.对iPP/OBC共混体系结晶行为的研究也证实了相容性差异对共混物中等规聚丙烯结晶行为的影响.     

介观层次上的计算机模拟和应用*

本文综述了近年发展起来的介观层次上的计算机模拟和应用。介绍了两种较为成熟的模拟方法: 介观动力学和耗散颗粒动力学。还介绍了介观模拟方法在胶束形成、胶体絮状物构造、乳化剂、流变学、共聚物和高分子混合形态以及通过多孔介质的流动研究中的应用。     

介观化学体系中的动力学尺度效应

以生命和表面催化体系为对象,研究了介观化学体系中内涨落对体系非线性动力学行为的调控作用.内涨落可以诱导随机振荡,其强度在体系处于最佳尺度时会出现一个甚至多个极大值,并且在耦合体系中会得到进一步增强,表现为尺度共振效应、尺度选择效应和双重尺度效应,揭示了介观化学体系中尺度效应的新机制.     

介观化学体系中的动力学尺度效应

以生命和表面催化体系为对象,研究了介观化学体系中内涨落对体系非线性动力学行为的调控作用。内涨落可以诱导随机振荡,其强度在体系处于最佳尺度时会出现一个甚至多个极大值,并且在耦合体系中会得到进一步增强,表现为尺度共振效应、尺度选择效应和双重尺度效应,揭示了介观化学体系中尺度效应的新机制。     

介观化学体系中的动力学尺度效应

以生命和表面催化体系为对象,研究了介观化学体系中内涨落对体系非线性动力学行为的调控作用。内涨落可以诱导随机振荡,其强度在体系处于最佳尺度时会出现一个甚至多个极大值,并且在耦合体系中会得到进一步增强,表现为尺度共振效应、尺度选择效应和双重尺度效应,揭示了介观化学体系中尺度效应的新机制。     

水溶液中Pluronic嵌段共聚物聚集行为的介观模拟

通过介观动力学方法(MesoDyn)研究了低浓度下的三嵌段共聚物PEO27PPO61PEO27 (P104)水溶液的聚集行为, 讨论了聚合物浓度、模拟时间对P104水溶液相行为的影响. 在聚合物浓度较低(φ<35%)的情况下, 可以形成三种不同的胶束聚集体：球形胶束(spherical micelle)、胶束簇(micellar cluster)和盘状胶束(disk-like micelle). (1) 球形胶束(5%-10%, φ), 模拟的胶束结构表明疏水的PPO嵌段形成球形内核(micellar core), 而亲水的PEO嵌段形成核壳(micellar corona), 并有水分子存在内核和核壳之中；(2) 胶束簇(11%-15%, φ), 由于球形胶束之间的缔合, 形成直径明显高于球形胶束的聚集体, 其半径比球形胶束大1 nm左右；(3) 盘状胶束(16%-25%, φ), 胶束簇核壳PEO嵌段之间的相互缠绕, 形成了成串的类似盘状的胶束. 模拟中有序参数随浓度的变化证明了这种结构划分的合理性.     

耗散粒子动力学模拟Nafion-[Bmim][TfO]离子液体复合膜的介观结构

采用耗散粒子动力学方法模拟研究了离子液体的含量和温度对Nafion-[Bmim][TfO]离子液体复合膜的介观结构的影响。模拟发现了微相分离现象。对不同条件下的微相分离形成的孔径分析表明,随着离子液体在复合膜中含量的增加,离子液体在膜中的聚集状态由分散的团簇转变为连续的通道,但过高的含量会产生腔室结构。随着温度的上升,离子液体通道的结构变得更加复杂,原有的腔室结构转化为通道的新支路,即高温下离子液体通道变得更加连通。界面分布几率和径向分布函数的计算结果表明,离子液体的阳离子烷基链嵌进Nafion主链中,侧链磺酸基团分布的变化直接影响咪唑基团和阴离子在微相界面的分布。本工作在介观水平上探索了Nafion-离子液体复合膜结构,可为开发高温聚电解质燃料电池材料提供一定的参考。     

丁二酰亚胺类分散剂体系的介观模拟研究

以润滑油添加剂丁二酰亚胺类分散剂的分散性能为研究目标，运用耗散粒子动力学介观模拟方法考察了分散剂结构、用量、与润滑油的相互作用等因素对分散性能的影响，并用分子模拟方法估算了模拟需要的介观参数.通过恰当地定义分散性能，选择合适的模型化合物，得到了与实验研究定性一致的模拟结果.为润滑油分散剂的分子设计提供有益的理论指导.     

耗散粒子动力学模拟Nafion膜和PVA/Nafion共混膜的介观结构

采用耗散粒子动力学模拟方法研究了水化Nafion膜和水化聚乙烯醇(PVA)/Nafion共混膜的微结构.模拟结果表明水化Nafion膜和水化PVA/Nafion共混膜均能形成相分离的微结构.在水化Nafion膜中,水与磺酸根混合形成管状的水团簇.随着膜内水含量增多,管状水团簇的尺寸逐渐变大并在膜内形成连续的水通道.在水化PVA/Nafion共混膜中,PVA、水、磺酸根混合形成亲水性区域.共混膜中PVA的质量分数和水含量共同影响膜的微结构.当膜中PVA质量分数较低时,PVA主要分布在Nafion的磺酸根基团周围;PVA质量分数升高后,PVA会在膜内单独成一相.当膜中的水含量相对较低时,水分子会溶解于PVA中,此时膜内不存在单独的水团簇;膜中的水含量增多后,膜内会形成接近于球形的水团簇.本文工作可为直接甲醇燃料电池用的PVA改性Nafion膜的开发提供参考.     

非离子表面活性剂液晶的线性粘弹性研究

用偏光显微镜测定了十二/十四烷基聚氧乙烯醚(C12～14EO7)/水二元体系相图的液晶区,用RS-75控制应力流变仪,在固定频率(f=0.0316Hz)时,对不同样品进行应力扫描。利用线性粘弹性区内流变参数G"与G'的比值thδ对相转变敏感的特点来确定相结构的转变,并将结果与2^HNMR结果相比较,两者吻合,这表明宏观测量手段能够反映微观相结构的变化规律。对于液晶实验结果采用弹簧-粘壶模型进行解释和讨论。     

离子型-非离子型混合表面活性剂对显色反应作用的研究及其应用III.显色剂在胶束相的分配系数

The distribution constants of PAR and Chrome Azurol S between micellar and aqueous phases, for cetyltrimethylammonium bromide and its mixtures with nonionic surfactants at a particular acidity were determine The relation between the distribution constants and the sensitivity of the color reaction was studied. An increase of the distribution constant of the ligand in the micellar phases is one of the main causes of the synergic sensitizing effect of mixed ionic-nonionic surfactants on color reaction. The mechanism of the synergic sensitizing effect of mixed surfactants on color reactions is discussed further.     

吸附与润湿I非离子表面活性剂在SiO2/水和SiO2/环己烷界面的吸附层结构

根据Triton X-100在硅胶/水和硅胶/环己烷界面以及Triton x-305在硅胶/水界面的吸附结果,提出了两种简单的吸附模型,在硅胶/环己烷界面上形成的是单分子吸附层,吸附质分子以乙氧基链躺在硅胶表面上而以碳氢链伸入环己烷的方式取向.在硅胶/水界面上形成的是双分子吸附层,第一层中的分子以乙氧基链躺在硅胶表面上而以碳氢链朝外;第二层中的分子取向相反,即以碳氢链朝向第一层分子形成的碳氢链层,而以乙氧基链伸进水中,对石英玻璃-水-环己烷的接触角(θ水)的测定结果表明,θ水随水相中表面活性剂浓度的增加先升后降,进一步支持了上述吸附模型。     

非离子型微乳液的热力学性质Ⅲ:盐类和PH值的影响

以非离子型表面活性剂(Triton X-100)、十六烷、正已醇和水所组成的微乳液,研究醇从油相向界面层转移时的体系Gibbs函数变化,并从热力学关系式得出焓和熵的变化关系.本文研究了相中不同盐类和PH值对这些热力学函数的影响,发现这些热力学函数与盐类中阳离子价数和PH值都呈线性关系.     

非离子表面活性剂胶束增溶显色反应机理的研究 III:在Fe(III)-PAN-Triton X-100体系中胶束对金属离子反应活性的影响

Fe (III) and PAN form the complex Fe(PAN)2OH which can be extracted into CHCl3. The CHCl3 extract shows absorption maxima at 550 nm and 775 nm (log E550 = 4.06, log e775 = 4.08). In the Fe(III)--PAN--Triton X-100 system, two complex species (Fe(PAN)2)+ and/or Fe(PAN)2OH may be formed. (Fe(PAN)2)+ exhibits a stronger absorption peak at 550 nm (log E550 =4.36). In this paper the effect of Triton X-100 micelles on the Fe(III)-PAN reaction has been investigated in detail. We consider that the presence of high density of ethereal oxygen chains in Triton X-100 micelles enables to concentrate hydrated Fe(III) ions and change their existing state. Moreover, the micelles not only increase the reactivity of Fe(III), but also enhance the rate of the color reaction.     

正、负离子混合表面活性剂双水相系统相图及微观 结构研究

研究了水/十二烷基硫酸钠(SDS)/十六烷基三甲基溴化胺(CTAB)三元相图上的双水相区及其相关性质,研究发现：该系统在两个非常狭窄的区域能够形成双水相,SDS过量的双水相区具有类似浊点的性质,上相有明显的偏光现象,而CTAB过量的双水相区则具有Krafft点性质,上相偏光现象较弱。冷冻蚀刻显微镜观察双水相的微观结构表明,上相为层状结构,下相一般为球状结构。双水相的体积比对正、负离子表面活性剂比例的微小变化非常敏感。     

吸附与润湿II.Triton X-100和Triton x-305在炭黑/水和炭黑/环己烷界面上的吸附层结构

测定了15℃和30℃时炭黑自水和环己烷中吸附非离子型表面活性剂TritonX-100和Triton X-305的等温线;计算了吸附过程的标准热力学函数;测定了石墨/水/环己烷和石墨/水/空气的接触角与表面活性剂浓度的关系, 分析所得结果,可得结论:在炭黑/水或石墨/水界面上,Triton型表面活性分子形成单分子吸附层,分子以憎水的iso-C8H17C6H4基团附着在表面,而以亲水的聚氧乙烯链伸入水相的方式取向;在炭黑/环已烷或石墨/环己烷界面上,分子是通过聚氧乙烯链吸附到表面上的,当浓度增加时分子在表面可能通过聚氧乙烯链间的相互作用而发生聚集,即可能形成表面反式胶团。     

两性-非离子混合型表面活性剂在金属-铬天青S显色反应中的应用研究

使胶束增溶分光光度法在保持已有灵敏度的基础上,再提高其显色反应的选择性,是一个既有理论意义又有应用价值的新课题.作者在研究两性表面活性剂的分析应用时发现,如在其显色体系中同时引入非离子表面活性剂Triton X-100,则对体系的光化学性质有明显影响,有的灵敏度提高,有的选择性改善.实验表明,两性-非离子混合型表面活性剂的存在,可以扩大不同显色体系的差别,对提高增溶光度法的灵敏度,特别是选择性,是一种有效的途径.基于此,作者曾在钪、铀、钍等元素的分析测定方面作过一些研究. 本文以金属-铬天青S(CAS)-烷基二甲基乙酸铵两性表面活性剂的显色反应为例,研究非离子表面活性剂Triton X-100在体系中的作用;以及两性表面活性剂与大过量Triton X-100共存,提高CAS显色反应选择性的可能性;并对其作用机理进行初步探讨.     

Triton X-100推动碱金属离子在液/液界面上转移的机制和伏安行为

本文用四电极循环伏安法研究了非离子型表面活性剂Triton X-100推动碱金属离子K^+, Na^+等在水/硝基苯, 水/1,2-二氯乙烷界面上的转移过程, 根据实验结果提出Triton X-100推动金属离子转移的一种机制, 推导了转移半波电位方程式, 并用实验进行了验证。     

离子型-非离子型混合表面活性剂对显色反应作用的研究及应用 IV:用显色剂在胶束相的有效介电常数及分配系数探讨反应机理

近年来,将离子型和非离子型混合表面活性剂应用于痕量. 微量金属分析已有一些报道,但对显色反应的机理研究还不多. 我们曾指出混合胶束的形成改变了反应微环境,是产生协同增敏作用的机理之一. 本文以PAR-混合表面活性剂相互作用为例,用超过滤法. 紫外-可见光度法研究了显色剂在混合胶束中分配系数和有效介电常数,并讨论了这些常数与某些体系光度性质的相关性.