新型有機硅室溫離子液體的合成及性能研究.pdf

1、表面活性離子液體由于集成了表面活性劑和離子液體的優(yōu)點,在酶催化、潤滑劑、傳熱介質(zhì)和氣體存儲等眾多領域中具有潛在應用價值。目前,對表面活性離子液體的研究大多集中在帶有長鏈飽和烷烴的咪唑基和吡啶基離子液體上。但是,此類離子液體普遍表面活性較差且熔點較高,大大限制了其應用范圍。因此,如何合成出新型的具有高表面活性、強聚集能力且低熔點的離子液體成為膠體與界面化學領域一項具有挑戰(zhàn)性和重要性的課題。該課題的研究對表面活性離子液體新品種的開發(fā)及應用領

2、域的拓展具有重要的意義。
　　本論文以短鏈的氨基有機硅氧烷與低碳有機酸通過酸堿中和法合成出了一系列結(jié)構(gòu)新穎的表面活性有機硅室溫離子液體?？疾炝瞬煌娜〈滈L度、有機硅氧烷類型、反離子烷基鏈長度及反離子數(shù)對有機硅氧烷室溫離子液體在水溶液中的表面活性及聚集行為的影響。論文主要包括以下幾個方面的內(nèi)容:
　　(1)簡要總結(jié)了有機硅表面活性劑的性質(zhì)及其在水溶液中的聚集行為;介紹了離子液體的發(fā)展、性質(zhì)及應用,對表面活性離子液體近年來的

3、研究進展進行了重點介紹;并在此基礎上提出了本論文的選題意義及主要研究內(nèi)容。
　　(2)設計、合成了三種單氨基三硅氧烷表面活性室溫離子液體[Si(3)N-CA(n) n=1,2,3],并通過紅外、核磁共振及元素分析對其結(jié)構(gòu)進行了鑒定。采用表面張力、電導率對其在水溶液中的吸附行為進行了研究,結(jié)果顯示,相比傳統(tǒng)的咪唑基和吡啶基離子液體,這三種表面活性離子液體均具有較高的表面活性,能夠把水的表面張力降低至20 mN/m左右。通過動態(tài)光散射

4、、負染色透射電鏡及超低溫電鏡對其在水溶液中的聚集行為進行了研究,發(fā)現(xiàn)這三種離子液體在濃度超過臨界聚集濃度(CAC)后,在水溶液中形成了多室囊泡,且囊泡的數(shù)量隨著反離子鏈長的增長而增多。此外,通過堆積參數(shù)理論對體系中囊泡形成的機理進行了解釋。
　　(3)在第二部分所研究的分子結(jié)構(gòu)基礎上,通過改變?nèi)〈滈L度,合成了三種1:1型雙氨基三硅氧烷表面活性室溫離子液體[Si(3)N-CA(n) n=1,2,3],并對其結(jié)構(gòu)進行了鑒定。采用表

5、面張力、電導率、負染色電鏡和動態(tài)光散射對其在水溶液中的表面張力和聚集行為進行了詳細考察。結(jié)果表明,取代基鏈長度對有機硅室溫離子液體在水溶液中的吸附行為有一定的影響;三種表面活性離子液體的表面張力曲線上均出現(xiàn)了兩個明顯的拐點,意味著其在水溶液中有著豐富的聚集行為;通過對摩爾電導率曲線的進一步分析說明這三種離子液體在低濃度區(qū)均形成了離子對;其CAC值明顯低于取代基較短的[Si(3)N-CA(n) n=1,2,3];且這三種表面活性離子液體均

6、能在水溶液中自發(fā)形成囊泡。
　　(4)在第三部分所研究的分子結(jié)構(gòu)基礎上,增加反離子數(shù)目,合成了三種1:2型雙氨基三硅氧烷表面活性室溫離子液體[Si(3)N-2CA(n) n=1,2,3],并對其結(jié)構(gòu)進行了鑒定。對三種離子液體在不同溫度下的外觀形貌照片進行了分析,結(jié)果表明隨著三種離子液體反離子鏈長的增長,其熔點逐漸升高。采用表面張力、電導率及負染色電鏡對其在水溶液中的吸附性質(zhì)及聚集行為進行了測試。表面活性研究結(jié)果顯示,反離子數(shù)目對有

7、機硅室溫離子液體在水溶液中的吸附行為有一定的影響,且反離子數(shù)目較多的表面活性離子液體的CAC值要低于反離子數(shù)目較少的表面活性離子液體。聚集行為研究結(jié)果表明,與反離子數(shù)目較少的[Si(3)N-2CA(n) n=1,2,3]相比,其在水溶液中存在的聚集體形式更為豐富。Si(3)N(2)-2CA(1)和 Si(3)N(2)-2CA(2)能夠在水溶液中自聚集形成類球狀聚集體,而Si(3)N(2)-2CA(3)在水溶液中則形成了非常規(guī)則的項鏈狀聚

8、集體;對于這三種離子液體,可以通過選擇不同的反離子鏈長度來調(diào)控其在水溶液中的聚集體存在形式。
　　(5)在第三部分所研究的分子結(jié)構(gòu)基礎上,通過改變陽離子有機硅氧烷的類型,合成了三種1:1型雙氨基四硅氧烷表面活性離子液體[Si(4)N-CA(n) n=1,2,3],并對其結(jié)構(gòu)進行了鑒定。采用表面張力、電導率對其在水溶液中的吸附行為進行了研究,并獲得了臨界聚集濃度、臨界聚集濃度時的表面張力等值。研究結(jié)果顯示陽離子有機硅氧烷的類型對有機

9、硅室溫離子液體在水溶液中的吸附行為有一定的影響;該類表面活性離子液體在低濃度區(qū)形成了離子對,且與陽離子為三硅氧烷表面活性室溫離子液體[Si(3)N-CA(n) n=1,2,3]相比,其具有較低的CAC值。通過動態(tài)光散射和透射電子顯微鏡對其在水溶液中的聚集行為進行了考察。結(jié)果顯示,Si(4)N(2)-CA(1)能夠在水溶液中自聚集形成類球狀聚集體,而 Si(4)N(2)-CA(2)和 Si(4)N(2)-CA(3)能夠在水溶液中自聚集形成

10、囊泡,且囊泡進一步被染料包封實驗所證實。與1:1型雙氨基的三硅氧烷表面活性室溫離子液體[Si(3)N(2)-CA(n) n=1,2,3]相比,其在水溶液中存在的聚集體形式更為豐富。
　　(6)在第五部分所研究的分子結(jié)構(gòu)基礎上,通過增加反離子數(shù)目,合成了三種1:2型雙氨基四硅氧烷表面活性室溫離子液體[Si(4)N(2)-2CA(n)n=1,2,3],并對其結(jié)構(gòu)進行了鑒定。采用表面張力、電導率對其在水溶液中的平衡態(tài)表面張力進行了研究。

11、結(jié)果發(fā)現(xiàn)這三種表面活性離子液體均具有較高的表面活性,能夠把水的表面張力降低至20 mN/m左右;與反離子數(shù)目較少的[Si(4)N(2)-CA(n) n=1,2,3]相比,該類表面活性離子液體的表面張力曲線上僅出現(xiàn)了一個拐點,沒有在低濃度區(qū)形成離子對。采用泡壓法動態(tài)表面張力儀對其在水溶液中的動態(tài)表面張力進行了測試,結(jié)果顯示,隨著反離子鏈長的增長,其在氣/液界面上達到平衡所需的時間越長,且該類離子液體在吸附后期為混合動力控制吸附。采用動態(tài)光