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。     

扩张流变法研究表面活性剂在界面上的聚集行为

近年发展起来的界面流变测定技术在研究界面性质方面具有许多独特之处.本文结合我们的工作,总结了近年来有关该技术在表面活性剂界面聚集行为研究中的应用,讨论了扩张频率、表面活性剂浓度及疏水链长、无机盐和温度对表面扩张流变行为的影响,同时探讨了小分子表面活性剂与高分子表面活性剂表面扩张流变行为的区别以及小分子表面活性剂在气/液界面与液/液表面的扩张流变性的差异.大量研究表明,借助于界面流变性的测定不仅可以研究发生在界面上和界面附近的微观弛豫过程,而且可以探讨界面上超分子聚集体的形成,进而为乳状液和泡沫等分散体系的稳定性提供依据.     

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.     

界面扩张流变法研究C_(12)mimBr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(C12mim Br)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C12mim Br对C12mim Br/Gemini12-2-12混合体系界面性质的影响及C12mim Br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C12mim Br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C12mim Br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C12mim Br含量的增加,嵌入界面的C12mim Br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,C12mim Br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C12mim Br分子所占据.     

双烃链表面活性剂的聚集行为及其应用

介绍了双烃链表面活性剂的基本性质、分类及其在纳米材料和生命科学等领域的某些应用, 并以二(2-乙基己基)琥珀酸酯磺酸钠(AOT)和二(2-乙基己基)磷酸钠(NaDEHP)为例, 介绍了二者的相行为, 反胶束的形成、性质等的差异, 并结合自己的工作探讨了二者与大分子的相互作用.     

寡聚表面活性剂的合成及其聚集行为的研究

寡聚表面活性剂是由2个或2个以上单头单链的表面活性剂在头基处或靠近头基处由连接基团通过化学键连接而成的二聚、三聚、四聚乃至更高寡聚度的分子.Gemini表面活性剂(二聚表面活性剂)是最简单,也是最早被发现的寡聚表面活性剂,已经被大量报道.已有综述很好地总结了Gemini表面活性剂的物理化学性质.本文主要综述三聚及三聚以上寡聚表面活性剂的研究进展,包括寡聚表面活性剂的合成和结构、表/界面性质以及溶液中的聚集行为等,以期使研究者比较全面地认识寡聚表面活性剂领域的研究进展.     

两亲无规聚合物的聚集行为及其与非离子表面活性剂的相互作用

以2-丙烯酰胺基-十二烷基磺酸(AMC12S)与2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(AMPS)进行无规共聚,合成了含AMC12S摩尔分数(X)较高(X=0.1,0.3,0.5)的一系列两亲聚合物.采用稳态荧光及动态光散射技术对聚合物在水溶液中的聚集行为及其与三种非离子表面活性剂(HO(CH2CH2O)10C12H25(C12E10)、HO(CH2CH2O)20C12H25(C12E20)和HO(CH2CH2O)40C12H25(C12E40))的相互作用进行了研究,并考察了X对聚集行为的影响以及表面活性剂亲水基团长度对相互作用的影响.随着X的增大,聚合物的临界聚集浓度(CAC)明显减小,X=0.5时聚合物的CAC低达0.0039g·L-1.聚集体的流体力学半径(Rh)都大于26nm,并随着聚合物浓度的升高而增大,说明聚合物分子主要以分子间的聚集方式聚集,形成多分子聚集体.随X的增大,聚集体Rh减小,同时Rh随聚合物浓度升高而增大的幅度减小,说明聚集体结构变得更加紧实.表面活性剂与聚合物之间存在很强的相互作用,在混合溶液中表面活性剂浓度达到临界胶束浓度(CMC)左右时聚合物聚集体开始解离,形成混合聚集体.亲水基团长度增长,表面活性剂对聚合物聚集体的解离能力随之增强.C12E40与X=0.5的聚合物形成的混合聚集体Rh为6.8nm,与C12E40自身形成的聚集体尺寸相当.     

Gemini表面活性剂分子结构对其水溶液中聚集行为的影响

Gemini表面活性剂是通过联接基团将两个具有亲水亲油性质的两亲结构单元在其亲水头基上或靠近亲水头基处以共价键方式连接而成的一类表面活性剂。这类表面活性剂由于联接基团的引入具有比传统单链表面活性剂更高的表面活性,同时分子结构中更多的可调控因素使其在水溶液中表现出更为丰富的自聚集行为,而且分子不同部位结构的改变对分子内或分子间相互作用产生不同的影响,可实现通过分子结构的设计有效调控其自聚集能力和聚集体结构。本综述将从联接基团、烷基链、亲水头基、反离子和其它功能性基团这五个方面概述近些年Gemini表面活性剂水溶液中聚集行为方面的研究进展,总结人们对Gemini表面活性剂分子间相互作用规律的认识,期望对于进一步发展这类高效的表面活性剂体系提供有益的帮助。     

表面活性离子液体参与构筑的胶束体系

离子液体(ILs)的可设计性,使得新型表面活性离子液体(SAILs)不断涌现,从而将具有不同功能基团的ILs引入到了传统的有序分子聚集体中,这也将有助于实现有序分子聚集体的可控性和功能化。本文综述了SAILs在水溶液及离子液体中的胶束化行为,重点总结了烷基碳链长度、阴离子类型和阳离子结构对SAILs聚集行为的影响,分类归纳了SAILs与传统表面活性剂复配体系的协同增效作用,并探讨了SAILs构建的胶束体系的发展方向。     

离子液体1-烷基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐在水溶液中的聚集行为

采用等温滴定量热法、静态荧光猝灭法和电导法系统研究了典型离子液体1-烷基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐([Cnmim][BF₄])在水溶液中的聚集行为, 获得了胶束形成的临界胶束浓度(cmc), 摩尔焓变(ΔH_mic), 摩尔吉布斯自由能变(ΔG_mic), 摩尔熵变(ΔS_mic)以及不同浓度时[Cnmim][BF₄]胶束的平均聚集数等基本参数. 发现这类离子液体的聚集为熵驱动, 阳离子的烷基链越长, ΔG_mic越负, 聚集更容易发生. 此外, 结合[C_nmim]X (X=Cl^-, Br^-)的相关研究发现, 阳离子相同时, 体积越大和疏水性越强的阴离子与头基的结合能力越强, 能有效地降低头基之间的静电排斥, 降低cmc, 利于胶束的形成. 对于[C₁₂mim][BF₄], 添加剂β-环糊精(β-CD)的加入可使cmc增大, ΔH_mic和ΔS_mic减小, 而KBF₄则可使cmc和ΔH_mic减小, ΔS_mic增大.     

十二烷基苯磺酸钠在SiO2表面聚集的分子动力学模拟

采用分子动力学方法研究了阴离子表面活性剂十二烷基苯磺酸钠(SDBS)在无定形SiO2固体表面的吸附. 设置不同的水层厚度, 观察固液界面和气液界面吸附的差异. 模拟发现表面活性剂分子能够在短时间内吸附到SiO2表面, 受碳链和固体表面之间相互作用的影响形成表面活性剂分子层, 并依据吸附量的大小形成不同的聚集结构; 在水层足够厚的情况下, 由于有较多的表面活性剂分子吸附在固体表面,从而形成带有疏水核心的半胶束结构; 计算得到的成对势表明极性头与钠离子或水分子之间的结合或解离与二者之间的能垒有关, 解离能垒远大于结合能垒, 引起更多Na+聚集在极性头周围而只有少数Na+存在于溶液中; 无论气液还是固液界面, 极性头均伸向水相, 与水分子形成不同类型的氢键. 模拟表明, 分子动力学方法可以作为实验的一种补充, 为实验提供必要的微观结构信息.     

聚酰胺-胺基两亲树枝状大分子与十二烷基硫酸钠混合体系的分子聚集行为

以浊度分析、动态激光光散射(DLS)、透射电子显微镜(TEM)以及原子力显微镜(AFM)等方法研究了以1.0代(G1)聚酰胺-胺(PAMAM)为核心、以聚环氧丙烷-聚环氧乙烷(PPO-PEO)为辐射臂的树枝状大分子与十二烷基硫酸钠(SDS)之间的相互作用.值得注意的是,当树枝状大分子溶液的浓度为1%(质量分数),SDS的浓度远低于临界胶束浓度(cmc)时,体系的浊度值开始明显升高,DLS、TEM以及AFM的研究结果显示出此时聚集体的尺寸逐渐增加,意味着SDS与树枝状大分子有着很强的分子间相互作用,形成了树枝状大分子与SDS构成的复合物.当SDS浓度增高至0.1mmol·L-1(约为cmc的1%)左右时,体系的浊度值随着SDS浓度的增加变化不大,DLS、TEM、AFM的实验结果显示,聚集体尺寸趋于稳定状态.当SDS的浓度继续升高至0.25和0.5mol·L-1时,体系中形成了SDS分子间的自聚集或者存在多个SDS分子与单个树枝状大分子的分子间聚集.     

pH-Dependent Aggregation Behavior and Emulsion Stability of Comb-Like Surfactant Containing PEO Grafts

The aggregation behavior of the comb-like surfactant, poly(styrene-co-maleic anhydride)-g-(poly(ethylene glycol) monomethyl ether) (SMA-M), prepared via the one-pot method, at surface and in solution, was investigated by equilibrium surface tension, rheological technology, and transmission electron microscopy (TEM). The emulsion prepared from n-decane/water/C₁₃E₇ was used as a model system to determine the influence of SMA-M on the stability of the emulsion. The equilibrium surface tensions of SMA-M solution with various pH were measured. The adsorption data, that is, the saturation surface excess concentration (Γ_max) and the minimum area (A _min) were evaluated using the average monomeric molecular weight (M _nA ). The results showed that Γ_max decreased with the increase of pH, but the A _min enlarged with the increase of pH. The results of the steady-state shear experiment indicated that the aggregate structure of the as-prepared comb-like surfactant SMA-M in aqueous solution evolved from interlinked micelle-like aggregates to isolated inflated micelle-like aggregates, then to rod-like aggregates with the increasing pH, which were confirmed by the TEM images. The investigation of the stabilization of n-decane/water/C₁₃E₇/SMA-M emulsion system indicated that SMA-M obviously slows down the phase separation, and the most effectively stabilized sample was obtained at pH 5.0. Supplemental materials are available for this article. Go to the publisher's online edition of the Journal of Dispersion Science and Technology to view the free supplemental file.     

十二烷基硫酸钠对聚乙烯醇亚浓水溶液流变行为的影响

表面活性剂会影响聚乙烯醇(PVA)分子间及分子内氢键形成,进而改变其水溶液的流变响应.本文在确定十二烷基硫酸钠(SDS)在PVA亚浓水溶液中的临界聚集浓度(CAC)和临界胶束浓度(CMCP)基础上,考察了SDS对PVA亚浓溶液(10 wt%)流变行为的影响.研究发现,不同浓度SDScsur对PVA水溶液稳态流变行为的影响差异较大:(1)当csur CMCP,随着csur增加,胶束起物理交联点作用,ηa增大,复合溶液的动态储能模量亦显著增大.加入SDS后,PVA体系内结合水的数目降低,但当csur> CMC后,结合水的数目几乎不变,黏流活化能也表现出相近的变化规律.与稀溶液相比,SDS对PVA亚浓溶液的降黏幅度较大.     

Effect of Octadecanol on the Interfacial Dilational Properties of Surfactant/Polymer Systems

The effect of octadecanol on dilational properties of 4,5-diheptyl-2-propylbenzene sulfonate and partly hydrolyzed polyacrylamide at the decane-water interface has been examined by means of longitudinal method. The octadecanol plays different roles in influencing the structure of adsorbed layers at different bulk concentration. A small quantity of octadecanol may enhance the dilational modulus by forming densely packed mixed-adsorption layer with surfactant molecules through hydrophobic interaction, which leads to the increase of dilational modulus. However, due to the weakening of the “entanglement” among long alkyl chains in surfactant molecules by the intercalation of octadecanol, the superfluous addition of octadecanol could decrease the dilational modulus. In the case of polymer/octadecanol system, the addition of the polymer may enhance the dilational modulus due to the slow diffusion-exchange process of the polymer.     

Effect of Dimethyl Sulfoxide on the Lamellar Phase of a Zwitterionic Surfactant

We study the effect of dimethyl sulfoxide, a solvent used in biological applications, on the lamellar phases of a zwitterionic surfactant. We used solutions with different proportions of dimethyl sulfoxide/water as solvents in order to analyze the effect on the lamellar phases (regular stacks of surfactant bilayers). The samples were analyzed by macroscopic visual observation, polarized light microscopy, linear rheology, and electron microscopy experiments. The results show that the variation of the dimethyl sulfoxide proportion in the solvent increases the curvature of the bilayers which leads to a transformation from a lamellar phase to an isotropic phase.     

离子液体型表面活性剂C12mimBr与普通表面活性剂混合性质的研究

研究了离子液体型表面活性剂C12mimBr与阳离子表面活性剂Gemini 12-3-12, DTAB及阴离子表面活性剂SDS复配体系的性质, 并分别采用Rubingh-Margules模型和Rubingh-正规溶液模型计算了临界胶束浓度和混合胶团组成. 研究发现, 两表面活性剂分子结构的匹配性及带电头基之间的相互作用是影响混合溶液性质的主要因素. 对于分子结构差别较大的C12mimBr与Gemini 12-3-12的混合, 其行为远远偏离理想混合性质; 对疏水链长相同仅亲水头基不同的C12mimBr与DTAB则接近于理想混合; 而对C12mimBr＋SDS的复配体系, 正、负电荷间强烈的相互吸引使得混合体系大大偏离理想行为. 计算发现, 两种理论模型得到的混合胶团组成基本一致, 但Rubingh-Margules模型预测的临界胶束浓度比Rubingh-正规溶液模型要好     

双链阴离子表面活性剂1-烷基-癸基磺酸钠在气/液界面聚集行为:分子动力学模拟研究

采用分子动力学模拟方法研究了双链阴离子表面活性剂1-烷基-癸基磺酸钠(1-C_m-C_9-SO_3Na)在气/液界面的聚集行为。通过分析体系中各组分的密度分布和径向分布函数,考察了m大小对其界面性质的影响。结果表明:随着m的增大,表面活性剂的疏水性增强,疏水碳链的倾斜角也随之降低;m=4时,1-C_4-C_9-SO_3Na分子采用平躺的方式在界面上聚集,S-Na~+和S-S的相互作用最大,极性头基的水化能力最弱。通过模拟和实验对比得出,m增加到4个时,对该类双链阴离子表面活性剂性能的提高最显著。