基于表面活性剂自组装的理论研究

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1、天津大学硕士学位论文表面活性剂自组装的理论研究姓名：杨雪松申请学位级别：硕士专业：化学工艺指导教师：王保国2002.1.1摘要表面活性剂分子一般总是由非极性的、亲油(憎水)的碳氢链部分和极性的、亲水(憎油)的基团共同构成的两亲分子。这样的双重性质使得表面活性荆具有特殊的溶液和界面特征。表面活性剂分子在水溶液体系中会自组装形成胶团。表面活性剂自组装是其最重要的特征，也是其众多实际应用的基础。临界胶团浓度和胶团聚集数是研究表面活性剂功能的两个重要参数。利用表面活性剂为模板仿生合成si02无机膜的过程，模板的自组

2、装特性是关键环节，但利用实验确定自组装性能耗费时间长，成本高，而利用模型优化可以在很短时间内获得最优结构。因此，我们从热力学角度建立了单一表面活性剂和混合表面活性剂的自组装模型，实现了在输入表面活性剂性质参数和表面活性剂溶液初始条件(温度、浓度、组成等)的情况下，直接预测表面活性剂自组装的临界胶团浓度、胶团聚集数和胶团尺寸分布，然后，利用建立的理论模型，研究了不同表面活性剂的自组装特性，模型预测的结果与实验数据吻合良好。关键词：表面活性剂自组装lI缶界胶团浓度胶团聚集数羹熬蠢囊纛§趱i§鏊凌鑫蘧曩。、、+i

3、黛ABSTRACTSurfactantmoleculesarecomposedofapolarheadthatiscompatiblewithwaterandanonpolarpartthatiscompatiblewithoil．Thisdualnatureendowsthesurfactantswiththeiruniquesolutionandinterfacialcharacteristics．Surfactantmoleculesself-assemblasintomicellesinaqueou

4、ssolution．Self-assemblyisimportantcharacteristicofsurfactantsandthefoundationoftheirapplications．TheCriticalMicelleConcentration(CIVIC)andtheaggregatenumberaretwoimportantparameterstostudyfunctionsofsurfactants．Si02inorganicfilmispreparedwithtemplateofsurf

5、actantbybiomimeticsynthesis．Propertiesofself-assemblyofsurfactantsarekeytothisprocess．Itistime-consumingandcostlytodeterminethesepropertiesbyexperiments．Inthispaper,themodelsforself-assemblyofsingleandmixedsurfactantsaredevelopedbasedonthermodynamicknowled

6、ge．Giventheinitialconditions(suchastemperature，concentration)andpropertiesofsurfactants，theCMCandtheaggregatenumber,aswellasthesizedistributionofmicellescanbepredicted．Themodelsareusedtostudythepropertiesofdifferentsurfactantsandthepredictedresultsal田∞well

7、witlltheexperimentalresults．Keywords：surfactantself-assemblecriticalmicelleconcentration囊毯聪，i簸嚣蘸§篷囊懿囊。：。。。菇i壁主．——·前言表面活性剂分子是由与水相容的极性头基和与油相容的非极性的憎水基团组成的，而且两部分分处两端，形成不对称的结构。因此，表面活性剂分子是一种两亲分子，具有又亲油又亲水的两亲性质。这种性质使得表面活性剂在水溶液中的浓度超过一定的界限(临界胶团浓度，CriticalMicelleConc

8、entration，CIVIC)，自组装形成胶团。表面活性剂在水溶液中的自组装无论是在生命科学或是在化工过程和采油工艺中都起着重要作用。这一物理化学性质的深入研究将为揭示生命奥秘和降低采油工艺成本和提高油田的采收率提供有价值的信息。在表面活性剂的性能研究中，临界胶团浓度是不可缺少的～个最重要的基本参数，是决定表面活性剂用量的依据。CMC越小，则此种表面活性剂形成胶团所需浓度越低。此外，CMC还是表面活性剂溶液性质