长链咪唑离子液体参与构筑的分子有序组合体的性质研究

来源 :中国石油大学(华东) | 被引量 : 0次 | 上传用户:hnzxjl
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长链咪唑类离子液体,作为一种新型的两亲性分子,因其具有优良的胶束化行为和表面活性,而引起人们的广泛关注。长链咪唑离子液体与传统表面活性剂类似,在水溶液中能自组装形成不同形状的分子有序组合体,通过加入添加剂、改变温度、改变溶剂等因素可以影响分子的聚集行为,从而实现对形成的分子有序组合体的调控。这些结构丰富和性质独特的各种聚集体在纳米粒子合成介质与模板、生物膜模拟、药物合成与释放、油田开发等方面有着广泛的应用。因此,研究长链咪唑离子液体参与构筑的分子有序组合体的性质至关重要。论文首先研究了长链咪唑类离子液体Cnmim BF4(n=12,14,16)在水溶液中的胶束化行为,考察了链长、盐、醇对胶束行为的影响,并计算了胶束化过程的热力学参数。然后分别研究了C16mimBF4与传统阴离子表面活性剂十二烷基硫酸钠(SDS)、十二烷基苯磺酸钠(SDBS)及月桂酸钠(SL)的复配体系的胶束化行为,考察了不同阴离子头基的表面活性剂与C16mimBF4的复配效果。运用1H NMR化学位移和2D NOESY技术测定了C16mimBF4和C16mimBF4/SL复配体系的聚集行为和胶束结构。通过流变仪测定了含水杨酸钠(NaSal)的C16mimBF4蠕虫状胶束体系的流变性质。本文的研究内容主要包括以下四个部分:(1)长链咪唑离子液体CnmimBF4(n=12,14,16)的胶束化行为考察了不同烷基侧链长度的CnmimBF4离子液体在水中的胶束化行为和表面活性,并且与不同阴离子CnmimBr和CnmimCl体系进行比较。结果表明:CnmimBF4(n=12,14,16)在水中形成胶束,并且随着烷基侧链长度的增加,疏水性增加,胶束易于形成,cmc降低;与相同疏水链的CnmimBr和CnmimCl相比,胶束化行为和表面活性,即cmc和γcmc的大小顺序为Cnmim BF4<CnmimBr<CnmimCl,CnmimBF4表现出较强的聚集行为。同时考察了添加剂(盐、醇)对CnmimBF4胶束化行为的影响。无机盐的加入由于“反离子作用”,压缩双电层结构,导致体系的cmc减小。水溶性较强的乙醇和丙醇,与水之间存在相互作用,导致cmc增加;而碳链较长的丁醇和戊醇使体系的cmc减小。通过测量不同温度下CnmimBF4的cmc和反离子结合度(β),计算热力学参数。通过分析热力学参数可知C12mimBF4胶束化过程为熵驱动,而C14mimBF4和C16mimBF4为焓驱动。(2)C16mimBF4与SDS、SDBS和SL复配体系的胶束化行为通过表面张力、稳态荧光和DLS研究了C16mimBF4/SDS、C16mimBF4/SDBS和C16mimBF4/SL复配体系的性质。研究发现:复配体系表现出了比单一体系更优良的聚集行为和表面活性。阴阳离子表面活性剂之间由于静电作用和疏水作用,使带有不同电荷的表面活性剂离子头基之间紧密排列,在水中容易形成混合胶束,聚集体的尺寸也随之增大,当阴阳离子表面活性剂的摩尔比接近1:1时,这种相互作用更明显,胶束化行为更强烈。由于SDS、SDBS和SL的极性头基体积不同,形成混合胶束中受到的静电作用和空间效应不同,复配效果也不同,三个体系的复配效果是C16mimBF4/SDBS<C16mimBF4/SDS<C16mimBF4/SL,C16mimBF4/SL的复配效果更明显。(3)NMR研究C16mimBF4和C16mim BF4/SL的cmc及胶束结构通过1H化学位移测量了C16mim BF4的cmc,与电导法、表面张力法和荧光法得到的结果一致,通过2D NOESY证实了聚集体的存在。通过1H化学位移的变化证实了C16mimBF4/SL复配体系中形成了混合胶束,其结构是SL分子的烷基侧链插入到C16mimBF4形成的胶束内部,2D NOESY结果也进一步证实了SL与C16mimBF4的烷基链之间的相互作用,二者形成混合胶束。(4)盐诱导C16mimBF4形成蠕虫状胶束的流变性质水杨酸钠(NaSal)的加入,可以促进胶束结构的进一步生长,从球形胶束转变成蠕虫状胶束。剪切速率曲线显示,随着NaSal浓度的增加,蠕虫状胶束形成增大,体系黏度增加,但NaSal浓度继续增加,蠕虫状胶束结构破坏,体系的黏度下降。C16mimBF4形成蠕虫状胶束时,NaSal有一浓度范围。动态黏弹性实验表明,C16mimBF4形成的蠕虫状胶束具有一定的黏弹性,弹性模量高于黏性模量,弹性性质较突出。
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