基于静电相互作用的两亲分子自组装与应用研究

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本论文主要研究基于静电相互作用的两亲分子自组装,包括染料分子与离子型表面活性剂分子进行自组装。研究工作主要关注:1、静电相互作用作为分子自组装驱动力的应用与调控;2、其他弱相互作用对静电自组装体系聚集体形貌和功能的针对性影响;3、两亲分子静电自组装在油田化学中的应用。  首先,我们在荷负电的偶氮染料和阳离子表面活性剂复配体系中,发现在较宽的复配比例下形成了一维纳米结构。通过改变染料分子的共轭基团大小,表面活性剂的带电性质,头基取代基,疏水链长,连接链长,研究了上述体系中一维结构的生成与参与聚集的分子结构之间的规律。研究显示,静电相互作用是形成一维自组装的重要驱动力,π-π相互作用提供了一维导向性,而保持合适的疏水相互作用则是形成一维结构的另一个关键因素。  第二部分工作中,我们针对偶氮玉红/12-6-12(Me)复配体系展开研究,在这个由非手性分子构筑的静电自组装体系中发现了具有超分子手性的螺旋结构,不同手性的螺旋在宏观上存在相分离。通过对比结构不同的表面活性剂和染料分子的复配体系,发现Gemini表面活性剂是形成螺旋的必要条件,而Gemini分子电荷间距离必须与染料分子电荷间距离相匹配,才能形成紧密排列而产生螺旋。  第三部分工作中,我们针对头基间具有强烈静电吸引的正负表面活性剂复配体系十二烷基氯化铵/十二烷基聚氧乙烯醚硫酸钠复配体系进行研究。发现40℃时,该体系具有超低的cmc2.3×10-5M和超低的γcmc23.6mN m-1。这样优异的表面性质可以在较宽的复配区间、温度区间和较广的pH范围内保持。该体系在cmc时即形成超稳定的囊泡。囊泡能够在40℃至70℃的温度下保持稳定,并具有高盐稳定性和溶剂改变(加入甲酰胺)的稳定性。研究表明囊泡形成是熵和焓共同驱动的过程。  第四部分工作中,我们将正负表面活性剂复配体系应用于油田化学领域,利用正负表面活性剂加保护剂的三元复配策略,在胜利油田、克拉玛依油田、哈萨克斯坦的北布扎齐油田等实际油水体系中实现了超低界面张力。该三元复配策略具有普适性,通过调整表面活性剂的结构与配比,能够在不同特点的油水体系中获得超低界面张力。通过对不同体系的研究,我们认为得到超低油水界面张力的关键在于调节正负表面活性剂头基间的相互作用,在保证其溶解性的情况下尽可能增加静电吸引,以形成致密界面吸附。
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