| 表面活性剂凝胶构筑机理与性能研究 | |
| 王栋 | |
| Subtype | 理学博士 |
| Thesis Advisor | 郝京诚 |
| 2013-06-01 | |
| Degree Grantor | 中国科学院大学 |
| Department | 固体润滑国家重点实验室 |
| Degree Discipline | 物理化学 |
| Keyword | 凝胶 表面活性剂 条件响应 囊泡 蠕虫状胶束 Gels Surfactant Stimuli-response Vesicles Wormlike Micelles |
| Abstract | 凝胶由网络结构和溶剂两部分组成，网络结构通过毛细作用和表面张力等作用包裹住溶剂不让其自由移动。通常，凝胶具有固体和液体两方面的性质，在生物科学、材料科学、环境科学、医药学等领域均展示出了良好的应用前景。因此，凝胶的研究一直是科学领域的一个热点。本论文主要研究了表面活性剂凝胶的微观结构，形成机理及外部环境对凝胶的影响，阐述了体系宏观响应的微观原因，希望能够为设计制备智能型表面活性剂凝胶体系提供理论指导。论文具体研究内容如下： 论文第一章介绍了与本论文密切相关的基础知识和国内外近几年的研究成果，提出了本论文研究依据及思路。在第二章至第六章中，分别介绍了几类表面活性剂凝胶体系的制备，结构以及性质。 在第二章中，我们选取传统表面活性剂月桂酸钠（SL）在有机溶剂中形成纤维状结晶有机凝胶。研究了表面活性剂浓度、盐和有机溶剂对凝胶化的影响。 我们发现 Na+ 在凝胶化过程中起到重要作用，Na+ 能够很好的促进凝胶的形成，而其他离子（如 Li+、K+、Ca2+和Mg2+）不仅不能促使凝胶的形成，反而不利于凝胶的形成。我们用TEM、SEM 和HR-TEM 详细研究了凝胶纤维的微观结构，发现凝胶是由纤维状或带状网络结构组成，并且纤维或者带状结构是由更精细的纤维结构组成。XRD 和 FT-IR 证明凝胶纤维的微观结构与月桂酸钠晶体相似，证明凝胶为SL结晶型凝胶。 在第三章中，我们将一类响应小分子（AzoNa2）引入结晶凝胶体系，实现结晶凝胶的多重响应。我们用表面活性剂CnTAB（n = 12, 14, 16 和 18）和有机小分子 AzoNa2 制备二元体系水凝胶。用TEM 和SEM 观察发现水凝胶是由网络的带状纤维组成，SAXS 和高倍的 TEM 证明带状纤维是由更精细的结构组成。我们用流变仪测试了凝胶的机械性能，发现两种分子的比例、表面活性剂浓度、温度和表面活性剂链长都能影响凝胶的机械强度。当然，这类凝胶还具有多重响应的性质，研究表明，凝胶具有可逆的热转变、紫外可见响应和化学物质响应的性质。 在第四章中，为了对表面活性剂凝胶有一个更全面的认识并扩展表面活性剂凝胶的应用范围，我们从此章开始研究表面活性剂类凝胶体系，表面活性剂类凝胶体系具有微观结构丰富（蠕虫状胶束、囊泡、液晶和微乳液等），宏观性质多变（流变性质各异，响应性质各异等）的特点，使我们有更广阔的研究空间。我们研究的第一个体系是表面活性剂 C14DMAO 和小分子 PCA 二元水相体系。首先是对体系相行为进行了详细研究，发现在固定 C14DMAO 浓度时，随着 PCA分子浓度的升高，体系依次出现 L1 相、L1/Lα 两相、Lα 相和沉淀相。之后对不同相区进行了cryo-TEM 和流变学表征以确定其结构。有趣的是，我们发现体系在紫外光照的条件下可以由多层囊泡结构向网络状的蠕虫状胶束结构转变。Cryo-TEM 证明了结构的转变。流变学测试也证明光照之后体系粘弹性有较明显提升。 在第五章中，我们将小分子PCA换成对光有可逆响应的偶氮苯分子（AzoH）而表面活性剂分子未做改变，目标是实现光可逆聚集体结构转变。然而经过多次实验我们并未实现这类可逆聚集体结构转变。可能由于偶氮苯分子在体系中溶解度较低导致分子结构转变不足以引起聚集体结构转变。但是我们仍然在这个体系中发现了两种有趣的聚集体结构转变：升温诱导的网络状蠕虫状胶束结构向多层囊泡的转变和环糊精诱导的线状胶束向平面层状结构进而向囊泡的转变。对此体系的研究我们首先仍然是系统的研究了C14DMAO/AzoH/H2O体系相图，以选择合适样品进行相关相聚集体结构转变实验。在温度诱导实验中，我们用cryo-TEM和 2H NMR 证明了结构转变的发生，用DSC 测定了结构转变的温度。并且，通过FT-IR 我们推断聚集体结构转变是头基质子化、疏水尾链和膜电荷共同作用的结果。在环糊精诱导实验中，我们测定不同分子（C14DMAO 和 AzoH）与环糊精的包结常数，我们发现环糊精更易于与C14DMAO产生包结作用。结构转变用cryo-TEM 和 2H NMR 证实。我们推断是环糊精对C14DMAO的包结作用导致相结构转变的发生。 第六章，总结前两章的研究体系，我们虽然实现了一些外界条件诱导的聚集体结构转变，然而仍然存在一些明显的不足，比如凝胶的粘弹性较弱，响应单一等。因此我们尝试通过更换表面活性剂的方法来获得凝胶强度更高，响应更加丰富的体系。我们研究了C12EO4/AzoNa/H2O体系，并成功的制备了一种多响应的囊泡凝胶。由于囊泡在模拟生物膜、药物释放等领域均有广泛的应用，因此我们认为此类多响应体系的设计将会在这些领域有很好应用前景。我们用cryo-TEM、FF-TEM、 2H NMR 和SAXS 等手段对囊泡体系进行了表征，并解释了囊泡凝胶由温度、pH和光照诱导的相结构转变的机理。 |
| Document Type | 学位论文 |
| Identifier | http://ir.licp.cn/handle/362003/5532 |
| Collection | 固体润滑国家重点实验室（LSL） |
| Recommended Citation GB/T 7714 | 王栋. 表面活性剂凝胶构筑机理与性能研究[D]. 中国科学院大学,2013. |
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