非離子Gemini表面活性劑分子在水中的聚集行為

王 輝徐金杰黨樂平?衛宏遠

(1.天津大學化工學院,天津 300072;2.天津市化工過程安全與裝備技術重點實驗室,天津 300072)

Gemini 表面活性劑分子由2 個單疏水鏈和單親水頭基構成的表面活性劑分子組成,它們的頭基通過化學鍵連接在一起[1]。 Gemini 表面活性劑廣泛應用于水性涂料、黏合劑、洗滌劑、化妝品和造紙等行業。 一般認為,Gemini 表面活性劑的性能取決于溶液中分子的聚集行為,因此有必要了解表面活性劑的分子結構和溶液中聚集過程的動力學機理,只有這樣才能更好地開發和應用表面活性劑[2-4]。

分子模擬能夠在保證精度的同時模擬數百萬甚至數千萬個原子的運動。 耗散粒子動力學(Dissipative Particle Dynamics,DPD)是由Hoogerbrugge 和Koelman[5]研究并發展起來的一種介觀分子模擬方法。 它非常適用于模擬表面活性劑溶液中分子的聚集行為研究[6],并且已成為研究表面活性劑物化性質的重要手段[7-9]。 近幾十年來,許多學者利用DPD 模擬表面活性劑分子的聚集狀態[10-12],比如Cao 等[13]用DPD 模擬3 種嵌段共聚物的聚集行為;Zhou 等[14]研究了季銨鹽Gemini 表面活性劑在純水、水-乙醇和水-油混合溶液3 種體系中的聚集過程。 此外,許多學者將實驗與理論相結合,共同解釋表面活性劑分子的溶液行為。 Tan 等[15]利用動態光散射(Dynamic Light Scattering,DLS)和透射電子顯微鏡(Transmission Electron Microscope,TEM)相結合的方法研究了膠束的晶體躍遷動力學,并利用DPD 法研究了膠束球向棒狀躍遷的機理。

α,α′-[2,4,7,9-四甲基-5-癸炔-4,7-二醇]雙[ω-羥基-聚(環氧乙烷)]是一種非離子型Gemini 表面活性劑,其分子結構如圖1 所示。 取代基R 和R′為聚環氧乙烷(Polyethylene Oxide,PEO),m和n分別代表它們的聚合度。……