阳离子表面活性剂的结构及分类、相行为、毒性、应用以及与其他表面活性剂和各类大分子的相互作用(待续)

7阳离子表面活性剂与聚合物组成的混合物。表面活性剂和水溶性聚合物的混合体系存在于许多配方中,因此已经进行了相当详细的研究。以下2种组合在应用和科学研究工作中都受到关注:其一,离子表面活性剂和非离子聚合物的混合物;其二,离子表面活性剂和带相反电荷聚合物的混合物。

[芥酰胺苯甲酸][胆碱]离子液体表面活性剂的合成及性能研究

鉴于简单易得的原料和潜在的环境友好性,脂肪酸型离子液体表面活性剂近年来引起了人们极大的兴趣。以菜籽油加工过程中的下脚料芥酸(二十二碳-13-烯酸)为原料,制备了一种超长碳链的脂肪酸基离子液体表面活性剂[芥酰胺苯甲酸][胆碱](EABCho)。通过傅里叶红外光谱仪、核磁共振氢谱、碳谱确认了其分子结构。利用表面张力、电导率、偏光显微镜和流变研究了该离子液体表面活性剂水溶液的表面活性、胶束化热力学以及溶液的相行为等基础性能。结果表明超长碳链和苯环结构的引入赋予了EABCho极强的自组装能力。EABCho的临界胶束浓度仅为0.01 mmol/L,胶束化自由能达到了-59.852 kJ/mol,均远低于短碳链的[月桂酰胺苯甲酸][胆碱]。随着浓度的增大,EABCho水溶液依次呈现出胶束相、六方液晶相和层状液晶相,均表现出显著的类凝胶性质。

离子液体表面活性剂模板控制Nd_(2)O_(3)纳米颗粒的合成和形貌演化研究

研制一种新型离子液体表面活性剂模板,用于合成具有不同形态的单分散钕纳米颗粒。研究表面活性剂浓度和种类对制备过程的影响,采用多种分析技术对前驱体和Nd_(2)O_(3)纳米颗粒进行测定。结果表明,添加的表面活性剂椰油酰胺丙基甜菜碱(Cocoamidopropyl Betaine,CAPB)或1-十四烷基-3-甲基咪唑氯([C14mim]Cl)离子液体对产物有很大影响。随着CAPB浓度从0到20倍临界胶束浓度(Critical Micelle Concentration,CMC)的增加,Nd_(2)O_(3)的形貌从短纳米棒、纳米球、不规则薄片和高度规则的叶状纳米颗粒向环球形纳米颗粒转变,上述Nd_(2)O_(3)的物相都相同。然而,从形貌来看,添加[C14mim]Cl制备的Nd_(2)O_(3)与添加CAPB制备的Nd_(2)O_(3)有很大不同。表面活性剂浓度影响沉淀过程,表面活性剂形成不同的胶束结构,作为引导沉淀反应的液体模板。该合成过程简单,离子液体表面活性剂可用于制备纳米颗粒,组装具有新结构和新功能的纳米材料。

阳离子表面活性剂的结构及分类、相行为、毒性、应用以及与其他表面活性剂和各类大分子的相互作用(待续)

综述了阳离子表面活性剂的性质、自组装、分子间相互作用及其与小分子或大分子以及与表面的相互作用。介绍了多种阳离子表面活性剂,如单尾、双尾以及gemini、阴-阳离子表面活性剂(catanionic surfactant)、bola型表面活性剂(bolaform surfactant)、氨基酸表面活性剂和糖基表面活性剂(sugar-based surfactant)的各项性质,并讨论了皮肤毒性和环境影响。考察了阳离子表面活性剂与其他表面活性剂、聚合物、蛋白质或DNA混合后的效果。同时概述了阳离子表面活性剂的传统应用,例如作为消毒剂在织物柔顺、硬表面清洁、个人护理、铺路物料和油田方面的应用,以及若干新兴应用,例如软抗微生物剂(soft antimicrobial agent)和核酸递送(后者已在诸如基于表面活性剂的mRNA COVID-19疫苗中有突出贡献)。

离子液体型表面活性剂的研究进展

离子液体型表面活性剂是一种功能性离子液体,具有离子液体的特性,还具有双亲特性。简述了离子液体型表面活性剂的制备方法,在此基础上,重点综述了离子液体型表面活性剂的表面吸附、临界胶束浓度、表面张力等表面性能;同时介绍了离子液体型表面活性剂在微乳液聚合和酶催化反应中的应用,并对离子液体型表面活性剂的发展方向进行了展望。

离子液体表面活性剂的合成与应用(Ⅰ)——离子液体表面活性剂的结构和分类

在介绍了离子液体的结构特点和特性的基础上,重点综述了离子液体表面活性剂的结构特征,并且按阳离子型、阴离子型、两性型、双子型和Bola型五类分别介绍了离子液体表面活性剂的典型结构和文献发表的主要品种,显示了离子液体表面活性剂具有较强的结构可设计性和未来品种的多样性。

离子液体和表面活性剂形成的双水相及其萃取性能

绘制了阳离子表面活性剂/离子液体/水三元体系20℃时的相图。用浊度法确定了相图内不同区域的边界范围,发现相图内靠近水角存在一较大的双水相区域。在双水相区域内选取一系列取样点配制样品,考察了质量比、温度和有机物对双水相的影响和双水相对辣椒色素萃取的分离效果。结果表明,在5℃～25℃内,温度对双水相影响较小;较佳双水相萃取体系组成NPTAB r与[Bmim][BF4]质量比约为2∶1。

一种新的离子液体表面活性剂软模板法合成碳酸锶纳米棒

在室温下,以SrCl2.6H2O和(NH4)2CO3为原料,采用咪唑季铵盐离子液体表面活性剂1-十六烷基-3-甲基咪唑溴盐[C16mim]Br软模板法制备了SrCO3纳米棒。利用透射电子显微镜(TEM)对产物进行了表征。初步探讨了SrCO3纳米棒的形成机理。结果表明SrCO3纳米棒长度在200nm左右,由平均直径为10-20nm的纳米粒子组成,论文该制备方法简便、温和、快速、环境友好,具有一定的应用前景。

离子液体型表面活性剂研究

以1-甲基咪唑为原料,制备了6个常规离子液体:1-正丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐及六氟磷酸盐(简称[bmim][BF_4]及[bmim][PF_6])、1-正己基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐及六氟磷酸盐(简称[hmim][BF_4]及[hmim][PF_6])、1-正十六烷基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐及六氟磷酸盐(简称[C_(16)mim][BF_4]及[C_(16)mim][PF_6])和4个功能化离子液体:1-(2-羟乙基)-3-甲基咪唑四氟硼酸盐及六氟磷酸盐(简称[2-hemim][BF_4]及[2-hemim][PF_6])、1-乙氧羰基甲基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐及六氟磷酸盐(简称[eocmmim][BF_4]及[eocmmim][PF_6]).研究了这两类离子液体的一些物理性能,旨在挖掘离子液体在香料香精化妆品工业中的应用价值.分别检测了它们与一般溶剂的互溶性,并测定了它们的表面张力和发泡性能,实验结果表明,仅[C_(16)mim][BF_4]和[C_(16)mim][PF_6]具有发泡性能,发泡力分别为68和120 mm.

阳离子表面活性剂处理油田含聚合物废水

以7种常见的阳离子表面活性剂为絮凝剂,考察对海上某油田含聚合物废水的处理效果。实验结果表明:一定浓度时,十四烷基三甲基溴化铵和十六烷基三甲基溴化铵有很好的絮凝效果:阳离子季铵盐表面活性剂加入到含聚合物废水中后,先会与连续水相中的水解聚丙烯酰胺(HPAM)发生静电中和作用,剩余的表面活性剂扩散至油水界面与界面处HPAM作用后破坏HPAM对油滴的稳定作用,从而达到絮凝效果;阳离子表面活性剂的加入量与含聚合物废水中HPAM的浓度密切相关。

离子液体表面活性剂在水溶液中的自组装及其调控研究进展

离子液体表面活性剂在化学合成、材料制备和环境污染控制等方面的应用与它们在水溶液中的自组装及其微观结构密切相关。因此,研究离子液体表面活性剂在水溶液中的自组装行为具有重要的意义。本文重点综述了阳离子的结构、阴离子的类型、外加电解质、有机添加剂、环境因素(温度、溶液p H值和光)等对离子液体表面活性剂在水中的自组装行为以及对组装体结构影响的研究进展,总结了这些因素对离子液体表面活性剂在水中自组装的调控规律,展望了该领域的发展方向及面临的挑战。

疏水缔合聚合物与非离子表面活性剂的相互作用

为揭示疏水缔合聚合物(HMPAM)与非离子表面活性剂壬基酚聚氧乙烯醚(TX)间的相互作用规律,通过测量HMPAM/TX二元体系的表观黏度、荧光光谱和流变性研究了HMPAM与环氧乙烷(EO)数不同(4~15)的TX间的相互作用,分析了二者相互作用的变化规律。结果表明,HMPAM/TX二元体系宏观黏度的变化是由混合疏水微区微观结构与数量及体系中空间网络结构的变化引起的。HMPAM与TX系列表面活性剂相互作用的强弱为TX-4>TX-7>TX-10>TX-13≈TX-15,按EO数的不同将其相互作用分为三种:(1)EO数为4~7,以TX-4、TX-7为代表,只表现出协同作用;(2)EO数为8~12,以TX-10为代表,既有协同作用又有"负作用";(3)EO数为13~15,以TX-13、TX-15为代表,只有"负作用"。

离子液体表面活性剂的合成与应用(Ⅻ)——微乳液

离子液体表面活性剂替代传统表面活性剂构建微乳液具有明显的优势,且结构可设计;所制备的微乳液分为单相微乳液和多相微乳液,其相图主要包括拟三元相图和"鱼状"相图;微乳液的微观结构,如液滴尺寸、相互作用或极性等,可通过电化学技术、动态激光散射、小角X射线散射等技术来确定。此类微乳液可广泛应用于纳米粒子制备、聚合反应、金属离子萃取等领域。

Bola型离子液体基有机硅表面活性剂的合成及表面活性

以1,3-二(氯丙基)四甲基二硅氧烷和八甲基环四硅氧烷为原料在浓盐酸催化下制成α,ω-二氯丙基聚硅氧烷,再与N-甲基咪唑反应合成Bola型咪唑离子液体基有机硅表面活性剂。对产物结构进行了核磁共振氢谱(1HNMR)、傅里叶红外光谱(FTIR)和差示扫描量热分析(DSC)表征,并进行了表面张力测定,结果表明:与烷基类Bola型表面活性剂相比,Bola型咪唑离子液体基有机硅表面活性剂具有更好的表面活性,第一临界胶束浓度(cmc)为0.13 g/L、第二cmc为7.92 g/L,最低表面张力(γcmc)为24.3 m N/m。

可聚合阳离子含氟表面活性剂在含氟丙烯酸酯乳液聚合中的应用

以可聚合阳离子含氟表面活性剂N-(乙酸全氟辛基乙基酯)-N-(乙醇丙烯酸酯)二甲基溴化铵(PF8DM)为乳化剂,进行含氟丙烯酸酯的细乳液聚合研究,考察了PF8DM用量对单体转化率和凝胶率的影响,PF8DM用量对乳液的稳定性和表面性能的影响;分别采用PF8DM和十六烷基三甲基溴化铵作为乳化剂考察其对乳胶膜性能的影响。结果表明,当PF8DM含量为单体总质量的4%时,单体转化率达95%,凝胶率为0.6%;所得乳液具有优异的贮存、稀释、离心稳定性;当PF8DM用量为单体总质量的6%时得到的乳胶膜接触角达118.6°。在总含氟量相同的条件下,采用PF8DM为乳化剂制备的含氟丙烯酸酯乳液,其乳胶膜的吸水率大大降低,拒水性也明显增强。

磺酸盐阴离子双子表面活性剂与疏水缔合聚合物的相互作用

为了提高疏水缔合聚合物对高温高矿化度油藏的适用性,合成了磺酸盐阴离子双子表面活性剂,并与疏水缔合聚合物AP-P4进行了复配。实验结果表明,疏水缔合聚合物能够减少磺酸盐阴离子双子表面活性剂在界面上的吸附;质量浓度为50mg/L的磺酸盐阴离子双子表面活性剂在地层水中能大幅度地增加复配溶液的粘度;复配体系在粘度最高点时形成了粒径为54.7nm的均一聚集体;疏水缔合聚合物的加入能够诱导磺酸盐阴离子双子表面活性剂在溶液中形成棒状胶束和囊泡。由此可见,磺酸盐阴离子双子表面活性剂与疏水缔合聚合物AP-P4有良好的协同性。这种二元驱油体系有望克服三元复合驱中碱对复配体系粘度的损害,为化学驱开辟新的方向。

表面活性剂对离子液体预处理纤维素的影响

采用离子液体1-甲基-3乙基咪唑磷酸二甲酯([MEIM][DMP])与表面活性剂耦合处理纤维素,考察表面活性剂对于酶解的影响,并用红外光谱、X射线衍射分析其机理。结果表明[MEIM][DMP]/聚乙二醇4000(PEG4000)处理的纤维素酶解率比未处理的纤维素高78.2%,比未加表面活性剂处理的再生纤维素高6.5%。红外光谱显示有PEG4000分子特征峰出现,X射线衍射分析表明PEG4000处理再生的纤维素几乎为无定形区。因此,PEG4000参与的处理有利于进一步提高纤维素酶解率,使结晶度降低,从而酶解率提高。

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.

离子液体型表面活性剂的合成及性能研究

以咪唑、溴代戊烷为原料合成N-戊基咪唑,再用N-戊基咪唑与溴代辛烷、溴代癸烷、溴代十二烷、溴代十四烷,利用超声波辅助合成一系列N,N′-二烷基咪唑溴化铵.采用1H-NMR对N-戊基咪唑以及N,N′-二烷基咪唑溴化铵进行了结构表征.测定了N,N′-二烷基咪唑溴化铵的电导率和表面张力.结果表明:N,N′-二烷基咪唑溴化铵有较高的电导率并且随着浓度的增大而线性增大;N,N′-二烷基咪唑溴化铵可以降低水溶液的表面张力,且随着浓度的增大表面张力降低,随着烷基链的增长临界胶束浓度减小.

聚合物与阳离子表面活性剂相互作用的介观模拟

作耗散颗粒动力学模拟(DPD)方法研究了部分水解聚丙烯酰胺(HPAM)与十二烷基氧丙基-β-羟基三甲基溴化胺(C12NBr)之间的相互作用。在三维模拟格子中,聚合物链均方末端距r2随着表面活性剂质量分数的增加,呈现一种首先减小,接着增加,然后又减小的趋势。构型和结构分析表明C12NBr的加入能够引起聚合物链的二面角分布发生改变,这意味着C12NBr与HPAM发生了相互作用。同时DPD三维模拟格子可以直观地表现表面活性剂/聚合物体系的聚集形态。结果表明:分子模拟可以作为实验的一种补充,在介观层次上提供信息。