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季铵盐阳离子表面活性剂在食品、化妆品、药物等工业领域具有广泛的应用。其溶液或分散系统的流变性质与其聚集体的微观结构及其相互作用密切相关,是应用过程中必须明了的重要物理化学特性。因此,表面活性剂聚集体的流变性质成为一项重要基础理论并广泛应用在实际生活用品和工业的各个方面。在表面活性剂溶液中,表面活性剂分子可以通过疏水作用缔合成各种有序分子聚集体,如胶束、囊泡、层状液晶、立方液晶等。其中,蠕虫状胶束由于其表面活性,粘度和剪切稀释性能优良,成为了各研究领域的热点。另外,聚集体的形状和微观结构是由表面活性剂的体系组成、分子结构及浓度等决定,在表面活性剂溶液中加入助表面活性剂或有机盐、无机盐、高聚物等添加剂能大大提高表面活性剂水溶液的流变性能。本论文有幸作为国家自然科学基金项目(No.21073081,21001061)的部分工作内容,具体工作如下:(一)当在常规季铵盐的头基和烷基链之间插入一个2-羟丙氧基团后,与无插入基团的季铵盐相比,该基团的插入使季铵盐分子结构发生了构象弯曲。本论文用流变学方法考查了不同浓度的纯表面活性剂3-烷氧基-2-羟丙基三甲基溴化铵(简写为Rn HTAB,示意图2-1展示了它的化学结构)的流变行为及加入有机盐后水溶液的流变特性。通过改变不同浓度观察到溶液中有不同的有序聚集体之间的相互转化。该季铵盐型表面活性剂与水杨酸钠形成的混合溶液,在低浓度下就表现出很高的粘度和显著的粘弹性。另外,用冷冻蚀刻电镜技术研究了该表面活性剂单纯及加水杨酸钠后的微观结构变化,表明体系中形成了网状结构的蠕虫状胶束。(二)合成了一类新的双子阳离子表面活性剂,其连接基上具有羟基取代基,N,N’-长链烷基-2-羟基N,N,N’,N’-甲基二氯化物,这些化合物的分子式为[Cn H2n+1-N+(CH3)2-CH2CH(OH)CH2-N+(CH3)2-Cn H2n+1Cl2,n=12,14,简写为n-3(OH)-n(2Cl)],我们运用流变学和冷冻蚀刻电镜技术分别考察了单纯双子表面活性剂以及其与添加盐复配体系的流变性质。研究发现,12-3(OH)-12(2Cl)纯溶液在较大的浓度范围内只生成棒状胶束。加入水杨酸钠后容易形成蠕虫状胶束以及网络结构,其流变性能大大增强。(三)讨论了不同有机盐(水杨酸钠,3-羟基-2-萘羧基钠和对甲苯磺酸钠)对单链表面活性剂R14HTAB和双子表面活性剂n-3(OH)-n(2Cl)体系的影响。研究表明,盐的加入使单纯表面活性剂溶液的粘弹性显著增强,有机盐对表面活性剂的作用主要有:(1)盐析效应;(2)氢键作用;(3)静电作用;(4)空间效应;(5)长疏水链间的疏水作用。并且随着盐的浓度的变化,溶液的零剪切粘度形成了复杂的流变曲线,符合Maxwell流体类型,具有单一松弛时间,因此可以用Maxwell方程处理各类曲线,得到不同的流变参数,根据表面活性剂和添加剂之间的相互作用,结合其他的测量手段,以解释溶液的宏观及微观性能。