溶致液晶是由表面活性剂和极性溶剂组成的二元或加入助表面活性剂和有机物组成的多元体系,由于其在日用化工､材料科学､生物工程和三次采油等行业中有着重要的应用价值,因此溶致液晶的组成､性质和结构越来越受到人们的重视.
溶致液晶可分为层状､六角状和立方状3类.研究溶致液晶相结构的方法很多,一般用偏光显微镜､NMR和X射线衍射方法来确定相态的结构.而利用偏光显微镜可以方便的在不同区域获得照片,对照有关文献,可以研究单一液晶体系和多种液晶共存的混合体系.因此,用该种方法研究溶致液晶相结构,越来越受到人们的青睐.
本文以新合成的阳离子表面活性剂3-辛烷氧基-2-羟丙基三甲基溴化铵(C8TAB)与正丁醇及水组成三元体系.在25℃下,绘制了它们的相图,确定了微乳液区及液晶区域的边界范围,用拍摄的液晶照片,研究了液晶区域内的结构变化.
1 实验部分
1.1 试剂与仪器
3-辛烷氧基-2-羟丙基三甲基溴化铵(C8TAB),合成方法:辛醇与环氧溴丙烷在碱性条件下,用PTC法于一定温度下反应得烷氧基缩水甘油醚,再与三甲胺盐酸盐反应得粗品,并用乙酸乙酯提纯3次,其水溶液的表面张力与浓度关系曲线在CMC附近无最低点.正丁醇为AR级试剂,水为3次蒸馏水.
偏光显微镜,XP-201,南京光学仪器厂;电子天平,FA1004,上海天平仪器厂;电导率仪,DDS-308A,上海雷磁仪器厂.
1.2 方法
在25℃温度下绘制C8TAB/正丁醇/水体系的三元相图,在相图内选点,利用偏光显微镜获得各自的纹理照片并确定出液晶区域.
配制含量一定的C8TAB/正丁醇/水溶液若干份,用电导率仪分别测定各溶液的电导率随水量的变化值,确定微乳液的变化区域.
2 结果与讨论
图1为25℃时C8TAB/正丁醇/水体系的三元相图,图中Ⅰ为液晶区,Ⅱ为微乳液区,Ⅲ为两相区,微乳液区域的变化是从W/O型微乳液→双连续结构→O/W型微乳液.
图2为C8TAB､正丁醇和水起始含量分别为18%､37%､45%时,固定C8TAB与正丁醇比例,溶液的电导率随水含量增加的曲线。
从图中可以看出,当C8TAB和正丁醇的比例一定时,随着水含量的不断增加,电导率逐渐增大,到一定值后不再变化,然后又迅速变小,第一转折点即为W/O型微乳液到双连续结构的分界点,第二转折点为双连续结构到O/W型微乳液分界点,将含三组分不同量溶液的各转折点连接(图1虚线表示)即为各变化区域的界线.第一转折点前电导率的增大是因为W/O型微乳液中的胶束为反胶束,极性头向内,随着水量的增加,反胶束逐渐解离,形成正胶束(O/W型),因而电导率逐渐增大.当水含量达一定值且形成正胶束的趋势与反胶束的解离达平衡时,即变为双连续相,电导率不再变化.随着水量的继续增加,O/W型胶束不断稀释,单位体积内的离子不断减少,相应的电导率也逐渐下降.
在液晶区域中,按图系列,C8TAB和正丁醇的比例不变(C8TAB∶正丁醇为7∶3)只改变水的含量,选取6个样品(1～6号),拍摄了相应的照片(图3A1～A6),参照液晶纹理的专著,判断各样品的液晶结构,分析如下.
1号样品含水量为13%,照片(A1)的液晶纹理为单纯的小十字花纹和部分油纹状,与文献对照,可知该体系为单纯的层状液晶.2号样品含水量为18%,拍摄的液晶纹理照片(A2)有两种花纹,一部分为十字花纹,而另一部分为扇型结构,说明该体系有两种液晶组成,与文献照片比较可知该体系分别为层状液晶和六角状液晶共存的溶液.A3含水量为24%,液晶纹理照片为单纯的扇型,与文献对照,可知该体系为单纯的六角状液晶组成.A4含水量为30%,液晶照片较为复杂,可看到有3种纹理现象,即十字花､扇型十字和嵌镶型结构,对照文献可知该体系有3种液晶纹理组成,为层状､六角状和六角状向立方状过渡的液晶纹理.A5为含水量37%,液晶照片全部为嵌镶型结构,这是六角状向立方状液晶转化生成的纹理,证明该点为立方状液晶.A6含水量为45%,照片显示为很少的十字花纹结构,说明该体系由层状液晶向微乳液转化.
总之,固定C8TAB和正丁醇的比例,不断增大水的含量,体系的液晶变化由层状→层状与六角状液晶共存→六角状→层状､六角状和向立方状转化→立方状液晶→层状向微乳液过渡.
