硅烷结构和分子间相互作用对聚醚型有机硅表面活性剂聚集行为的调控

In this project, polyether silicone surfactants with different silane structures, special functional groups containing aryl or other unsaturated groups, alicyclic hydrocarbon groups and alkyl except for methyl, were designed and synthesized. Aggregation behavior of these polyether silicone surfactants in aqueous solution was investigated systematically. In order to study the unique role of silane structures in constructing the order structure aggregates of silicone surfactants, meanwhile, investigate the effect of intermolecular interaction, such as π-π stacking, on the structure, morphology and properties of aggregates. Novel cationic-nonionic polyether silicone surfactants were synthesized and their aggregation behavior also was investigated. Our aim is to design novel assembly element, establish multi-layered controllable self-assembly with new system. These researches can elucidate the regulation mechanism of silane molecular structure on aggregation behavior of polyether silicone surfactants, such as structure, morphology and properties of ordered molecular aggregates. These researches also provide theoretical basis for silicone surfactants applications, such as, preparation of functional materials and drug delivery and so on.

本项目拟深入讨论硅烷结构及分子间相互作用对聚醚型有机硅表面活性剂聚集行为的影响。主要包括(1)设计合成不饱和基团(如芳香基、双键等）、烃基（甲基除外）或脂环烃取代的硅烷再制备成聚醚型有机硅表面活性剂并研究其聚集行为，研究硅烷分子结构对有机硅表面活性剂在溶液中聚集行为的影响，并探索分子间弱相互作用（如π-π堆积等）对聚醚型有机硅表面活性剂有序分子聚集体结构、形貌和性质的调控规律；(2)设计合成阳-非离子型有机硅表面活性剂，研究它们在溶液中聚集行为，考察分子结构和分子间相互作用对阳-非离子型有机硅表面活性剂聚集体的调控。通过上述研究阐明硅烷分子结构对有机硅表面活性剂聚集行为的影响和分子间弱相互作用的协同规律以及对有序分子聚集体的调控机理，设计新颖的组装基元，建立多层次的可控自组装新体系，为有机硅表面活性剂在功能材料制备、药物缓释等应用领域提供理论依据。

有机硅表面活性剂是以硅氧/碳烷为疏水主链，在硅氧/碳烷主链中间位或端位连接一个或多个亲水基团而构成的一类高效表面活性剂。因其独特的性能，已赢得了广泛的生存和发展空间。关于有机硅表面活性剂的合成与性质研究一直是胶体与界面科学及相关领域的研究热点。但是所研究的有机硅表面活性剂为全甲基有机硅结构，且对有机硅表面活性剂形成有序分子聚集体机理的探讨也不够深入，在这方面还有大量的工作需要进行。.本项目通过改变硅氧烷、聚醚、阳离子结构，设计合成了一系列有机硅（三硅氧烷/四硅氧烷）表面活性剂。借助表面张力仪、动态光散射、NMR、透射电镜和冷冻蚀刻电镜等多种技术手段，系统的研究了硅氧烷结构（甲基、乙基、丙基、乙烯基、苯基、氟丙基等）、亲水基结构（聚醚链段、阳离子种类）及外添加剂（无机盐、有机盐、CB[7]、溶剂等）对有机硅表面活性剂在水溶液中聚集行为的调控作用，深入分析了聚集体（棒状胶束、纳米环等）的形成机理，尤其是阐明了硅氧烷结构（疏水性，空间位阻，弱相互作用）是影响有机硅表面活性剂聚集行为的关键因素；揭示了硅氧烷表面活性剂在水溶液中形成的聚集体形貌与分子结构（硅氧烷结构、亲水基团）及外界条件之间的关系。本项目研究工作的开展，取得了一系列创新性研究成果，拓展了有机硅表面活性剂的种类，尤其是有助于研究新型聚醚三硅氧烷/四硅氧烷表面活性剂的合成方法，完善了有机硅表面活性剂聚集行为的研究内容，为有机硅表面活性剂在功能材料、农药助剂等领域提供了坚实的理论基础和有力的技术支持。