Gemini表面活性劑的性能表征及計(jì)算機(jī)模擬研究.pdf

1、表面活性劑由于其結(jié)構(gòu)的特殊性，容易在表(界)面吸附，結(jié)果降低了表(界)面張力，改變了體系的表(界)面化學(xué)性質(zhì)，從而表現(xiàn)出多種的應(yīng)用功能。而Gemini表面活性劑的兩個(gè)親水離子頭基是通過(guò)化學(xué)鍵連接，加強(qiáng)了碳?xì)滏滈g的疏水結(jié)合力，且離子頭基間的排斥傾向受制于化學(xué)鍵力而大大削弱，因此具有比傳統(tǒng)的單基表面活性劑更高的表面活性。本文對(duì)于合成出的一系列Gemini陰離子表面活性劑分別研究了臨界膠束濃度、表面張力和膠束聚集數(shù)等一系列基本物化性能；通過(guò)Q

2、SAR研究了臨界膠束濃度和分子結(jié)構(gòu)之間的構(gòu)效關(guān)系；用耗散顆粒動(dòng)力學(xué)(DPD)方法研究了Gemini表面活性劑在水溶液中形成有序聚集體的微觀形貌，主要內(nèi)容及結(jié)論如下： 1、通過(guò)電導(dǎo)率法研究了Gemini表面活性劑的臨界膠束濃度(cmc)。結(jié)果表明，其cmc比傳統(tǒng)陰離子表面活性劑降低一個(gè)數(shù)量級(jí)左右，顯示了很高的表面活性；對(duì)于同種性質(zhì)的連接基，隨著其長(zhǎng)度的增加，cmc呈減小的趨勢(shì)；而對(duì)于長(zhǎng)度相同性質(zhì)不同的連接基，具有親水、柔性連接基的

3、Gemini表面活性劑比具有剛性、疏水連接基的有更低的cmc；研究了Gemini表面活性劑的膠束形成熱力學(xué)，結(jié)果表明，所研究的Gemini表面活性劑的膠束生成Gibbs自由能ΔGmic皆為負(fù)值，顯示了膠束的自發(fā)形成趨勢(shì)，而ΔGmic隨著連接基的變化趨勢(shì)與臨界膠束濃度的測(cè)量顯示了很好的一致性；C20的測(cè)量結(jié)果顯示了Gemini表面活性劑突出的降低水的表面張力的效率。 2、利用穩(wěn)態(tài)熒光猝滅法研究了一系列Gemini表面活性劑的膠束聚

4、集數(shù)。結(jié)果表明，對(duì)于相同性質(zhì)的連接基，隨著長(zhǎng)度的增加，膠束聚集數(shù)減小；對(duì)于連接基長(zhǎng)度相同，而具有柔性、親水性質(zhì)的連接基的Gemini表面活性劑在形成膠束時(shí)更容易緊密排列，有更大的聚集數(shù)；我們可以通過(guò)改變連接基的性質(zhì)，獲得具有不同聚集性質(zhì)的膠束來(lái)適應(yīng)不同的用途。 3、利用動(dòng)態(tài)光散射研究了Gemini表面活性劑在水溶液中膠束的粒徑大小與分布。結(jié)果表明，具有短的連接基的Gemini表面活性劑具有較大的粒徑，且為雙峰，表明溶液中有不同形

5、狀的膠束共存，而具有較長(zhǎng)連接基的Gemini A3的粒徑分布為單峰，表明其僅僅形成球形膠束，即長(zhǎng)的連接基不利于膠束的長(zhǎng)大；利用冷凍蝕刻-透射電子顯微鏡(Cryo-TEM)對(duì)GeminiA3在水溶液中膠束的微觀形貌進(jìn)行了初探。結(jié)果表明，在低濃度時(shí)，觀察不到膠束的形成，隨著表面活性劑濃度的增加，逐漸觀察到有球形膠束形成；且在很寬的濃度范圍內(nèi)皆形成球形膠束，說(shuō)明了長(zhǎng)連接基不利于膠束的長(zhǎng)大，這與動(dòng)態(tài)光散射的測(cè)量結(jié)果相一致，也說(shuō)明了利用Cryo-

6、TEM來(lái)研究此類(lèi)Gemini表面活性劑在水溶液中膠束微觀形貌的可行性。 4、利用QSAR方法研究了Gemini表面活性劑的臨界膠束濃度與表面活性劑結(jié)構(gòu)之間的構(gòu)效關(guān)系，分別用PCR-PLS和GFA兩種回歸模型建立了回歸方程。結(jié)果表明，二種方法所得的模型方程都具有較高的精度，而通過(guò)遺傳算法所得方程比PLS回歸方程具有更高的精度和更強(qiáng)的預(yù)測(cè)能力，說(shuō)明通過(guò)QSAR方法可以達(dá)到準(zhǔn)確預(yù)測(cè)具有相似結(jié)構(gòu)的Gemini表面活性劑溶液性質(zhì)的目的，為

7、具有更好表面活性的Gemini分子的合成提供指導(dǎo)。 5、通過(guò)耗散顆粒動(dòng)力學(xué)(DPD)方法對(duì)Gemini表面活性劑在水溶液中的聚集形態(tài)進(jìn)行了模擬，DPD模擬的結(jié)果表明，在很低的濃度下，溶液中首先形成膠束預(yù)聚體，隨著濃度的增加，逐漸形成球形膠束，繼續(xù)增加濃度，球形膠束長(zhǎng)大成為花生狀膠束并進(jìn)一步長(zhǎng)大為棒狀膠束；在更高的濃度下，棒狀膠束相互交聯(lián)形成層狀相，且發(fā)現(xiàn)與傳統(tǒng)的表面活性劑溶液不同，在膠束和層狀相之間沒(méi)有出現(xiàn)過(guò)渡的六方相結(jié)構(gòu)；由于