一维方向分子间作用力对Gemini表面活性剂蠕虫状胶束体系粘弹性质的影响

Focus on the constructing rules of one-dimensional direction growth of aggregates in solutions of amphiphilic molecules and its application. Detailed study the effect of the intermolecular interactions to the one-dimensional ordered structure in aggregates of self-assembly. Especially, the intermolecular interactions which have directionality ( such as hydrogen bond and π-π interaction etc.). Reveal the influence of electrostatic interaction, hydrophobic interaction, additive etc. to the formation of wormlike micelle and its properties. The main research contents include design and synthesis two series Gemini surfactants which suitable to construct wormlike micelles. Investigate the infect of additives on the formation and properties of wormlike micelles and gels based on the preliminary work. This project based on the advantages of Gemini surfactant structures and combined with the directionality force such as intermolecular hydrogen bond, intermolecular π-π interaction etc, reveal and summarize the intermolecular interaction rules of Gemini surfactant to achieve greater synergies in high concentration, which will lay the application foundations for high and new advanced technology.

溶液中两亲分子一维有序聚集体的构筑规律及其应用为核心，深入研究溶液中分子间相互作用力对自组装一维有序结构的影响，着重研究氢键、π-π相互作用等具有方向性的分子间作用对聚集体不对称生长(蠕虫状胶束)的对应性关系，通过对聚集体中的微观结构和其他性质的表征，揭示静电作用、疏水作用、添加剂等对蠕虫状胶束形成和性质的影响。主要研究内容包括设计合成适合构筑蠕虫状胶束的两个系列的Gemini表面活性剂，在前期工作的基础上主要考查添加剂对蠕虫状胶束和凝胶形成和性质的影响。此课题基于Gemini分子结构的优势，结合分子间氢键、π-π相互作用等具有方向性的力构筑并有效拓展表面活性剂蠕虫状胶束和凝胶体系，揭示和总结Gemini分子在高浓度条件下实现更大协同效应的分子间相互作用规律，奠定在高新技术应用的基础。

Gemini表面活性剂分子内特种官能团的存在，可使分子间产生附加的弱相互作用，进而影响其自组织行为和体系性能。氢键作为一种有方向性的作用力，在超分子设计合成中发挥了重要作用。本项目设计合成系列适合构筑蠕虫状胶束的分子结构中含有羟基基团的Gemini表面活性剂，在前期工作的基础上主要考查添加剂对蠕虫状胶束和凝胶形成和性质的影响,以期揭示活性分子间氢键对构筑蠕虫状胶束的积极作用。研究结果表明：(1) 在分子间氢键作用参与下，12-3(OH)-12可以在比12-3-12更小浓度时产生远高于后者的零剪切粘度。动态剪切实验表明12-3(OH)-12体系中形成了更长的蠕虫状胶束。这些结果证实了分子间氢键可以有效地促进胶束的生长。(2) 在分子间氢键作用的促进下，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)和月桂酸钠(NaSaL)在极少量的添加下就可促进12-3(OH)-12体系中蠕虫状胶束的急剧生长和溶液粘弹性的增大。(3)相对于分子结构中没有羟基取代的Gemini表面活性剂12-4-12，羟基的存在明显促进了12-4(OH)2-12体系中蠕虫状胶束的生长，但蠕虫状胶束的长度和溶液的粘弹性依然小于12-3(OH)-12体系，由此可见，构筑蠕虫状胶束依然需要合适的分子几何，当分子几何合适时，氢键相互作用才是一种有效的促进胶束生长的手段。除此之外，本项目还发现，(4)头基或联接链上羟基基团的存在对12(2OH)-s-12(2OH)(s=3, 6, 8, 10)系列表面活性剂界面吸附膜的弹性具有促进作用。(5)与DTAB和12-3-12相比，12(2OH)-3-12(2OH) 在SiO2微粒上的吸附效率明显优于传统表面活性剂，附加的氢键作用，提高了界面膜的弹性，使得12(2OH)-3-12(2OH)/ SiO2体系的泡沫稳定性优于12-3-12/ SiO2体系。(6)含羟基基团的Gemini表面活性剂可在离子液体中形成溶致液晶，羟基削弱了离子头基与反离子间的相互作用，进而缩小了液晶相稳定存在的温度区间。通过该项目的研究，揭示和总结了含羟基基团的Gemini表面活性剂分子在实现协同效应的分子间相互作用规律，奠定了在材料科学等高新技术领域的应用基础。