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新型溶致液晶的构建与表征

吴芝燕  
【摘要】: 传统的溶致液晶是由表面活性剂在水或者有机溶剂中形成的,在无水、高温等环境下,其应用会受到一定限制。离子液体具有热稳定性好、蒸汽压低等诸多优点,因此离子液体作为一种新型溶剂和新型材料引起了人们的广泛关注。本文主要利用离子液体分别做表面活性剂和溶剂构建新型的溶致液晶,并探讨第三组分对液晶相行为的影响。研究内容主要包括以下三部分: 第一部分: [C12mim]Cl/H2O、[C12mim]Cl/醇二元体系。利用长链离子液体1-十二烷基-3-甲基咪唑氯化物[C12mim]Cl和水或醇(正丁醇、正戊醇、正己醇、正辛醇)构建液晶。利用偏光显微镜(POM)、小角X射线散射(SAXS)、差示扫描量热法(DSC)和傅立叶变换红外光谱(FTIR)技术对液晶样品进行表征,讨论了相结构的稳定性,并对形成的不同相结构进行机理分析。在[C12mim]Cl/H2O体系形成了六角相(H1);在[C12mim]Cl/醇体系中形成了层状相(Lα),从丁醇到辛醇,增加醇的烷基链长度有助于溶致液晶(LLC)结构的形成;在[C12mim]Cl/正辛醇体系中,由于位于双层的咪唑头基的静电斥力和疏溶剂力使层状相的层间距随[C12mim]Cl含量的增加而增大。在液晶形成过程中,氢键网络和疏溶剂力被认为是形成溶致液晶相的重要驱动力。 第二部分:P123/[Bmim]PF6/丙三醇三元体系。利用小角X射线散射测试技术,考察了嵌段共聚物Pluronic P123 (EO20PO70EO20)与1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐[Bmim]PF6、丙三醇构建的液晶体系的相行为,绘制了三元体系的相图,并讨论了丙三醇对P123/[Bmim]PF6/丙三醇体系相结构的影响。在低P123/[Bmim]PF6比例条件下,加入丙三醇利于六角相的形成。在高P123/[Bmim]PF6比例,随丙三醇含量的增加,体系由层状相转变为六角相,继续增加丙三醇的含量,体系发生分相。 第三部分: [C12mim]Cl/H2O/L64(EO13PO30EO13)三元体系。利用偏光显微镜、小角X射线散射、核磁共振氢谱(2H NMR)及傅立叶变换红外光谱技术研究了混合表面活性剂([C12mim]Cl、L64)和水构建的溶致液晶,并绘制了该体系的相图,讨论了非离子表面活性剂L64对相结构的影响。在恒定的[C12mim]Cl/H2O比例,增加L64含量,体系发生相转变,从六角相转变为六角相和立方相的混合相,进一步转变为层状相和立方相的混合相;氢键的破坏以及咪唑阳离子的烷基链和PPO嵌段间形成的疏溶剂力在相转变过程中起重要作用。当L64含量分别为5 %(六角相,其中当[C12mim]Cl/H2O比例是8:2时,还含有少量的立方相),20 %(层状相和立方相的混合相)时,晶格参数均随[C12mim]Cl/H2O比例的增加而降低。通过红外光谱可以证明:大量L64的加入破坏了由咪唑头基、氯离子和水形成的氢键网络。 论文工作将长链咪唑盐离子液体的聚集行为由水中或离子液体中扩展到醇中,有助于了解溶剂对咪唑盐聚集行为的影响;对[C12mim]Cl和非离子表面活性剂L64的聚集行为的研究,有利于进一步认识混合表面活性剂的聚集行为;丙三醇对P123在室温离子液体[Bmim]PF6中聚集行为的影响的研究,则有利于加深对P123在咪唑类离子液体中聚集行为的认识。


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