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第 7 期 钱逢宜，等: 双羟基 Gemini 表面活性剂的溶液性能及其聚集形态 ·1341·

和没有双键的 12-su-12 在溶液中的形态，发现含有 文献[22]。实验用水为超纯水，电阻率为 18.2 MΩ·cm。
双键的 12-fo-12 在溶液中可以形成囊泡结构，而不 A201 表面张力仪，美国 KINO 公司；STA 499 F3
[9]
含双键的 12-su-12 则只能形成胶束 。 热重分析仪，德国 NETZSCH 公司。
大量研究表明，弱相互作用的增强有利于增强 1.2 测试方法
表面活性剂自组装体系的稳定性。如 Zana 等人发 表面张力采用吊环法测定 [20] ，用全自动表面张
现，亚甲基链较短的 Gemini 表面活性剂以直线型或 力仪分别测试不同浓度溶液的表面张力并记录。测
近乎直线型的方式吸附在气液界面，而较长的连接 试温度为（25±1）℃。
基团可以以弯曲状吸附在气液界面上，同时 Gemini 表面活性剂的热稳定性测定温度范围从 30~
表面活性剂分子排列也更加紧密 [10-11] 。裴晓梅等人 600 ℃，升温速率为 10 ℃/min，氮气保护，本文仅
研究了一类连接基团中含有羟基的 Gemini 表面活 给出 Gemini 表面活性剂 12(OH)-3-12(OH)热重分析
性剂在溶液中的自组装行为，发现这类表面活性剂 的热稳定性曲线，测试其热稳定性和分解温度。
可以通过连接基团中的氢键作用形成二聚体，最终 泡沫性能的测试方法如下：首先配制质量浓度
形成蠕虫状胶束，而且，阴离子表面活性剂、水杨 为 1 g/L 的 Gemini 表面活性剂溶液，静置 1 d 后，
酸钠的加入有助于蠕虫状胶束的形成 [12-16] 。为了增 取每种表面活性剂溶液 20 mL 移入 100 mL 具塞量
强 Gemini 表面活性剂分子间的弱相互作用，研究者 筒，充分振荡后静置观察其产生的泡沫体积并记录。
们在其结构设计上做了大量工作，如引入氢键和键 1.3 耗散粒子动力学模拟（DPD）
等，但主要集中在连接基团和尾链的结构改变上 [17-18] ， 1.3.1 相关软件
对头基结构的设计相对较少。Pei 等人 [19-20] 研究了头 计算机配置：Windows 7 操作系统及 Intel（R）
®
基中含有 4 个羟基的 Gemini 表面活性剂（每个头基 Core(TM) i7-4790 CPU@3.6 GHz 的处理器和
含有两个羟基）在水溶液中的表面膨胀性能，认为 Windows 7 的操作系统。运用软件为 Materials Studio
头基处羟基的存在可增强吸附膜的界面弹性；Lei v7.0 中的耗散颗粒动力学 DPD 模块。
等人 [21] 研究了这类表面活性剂的热致液晶性质，由 1.3.2 DPD 模型
于羟基的存在，这类 Gemini 表面活性剂在相当低的 首先对 Gemini 表面活性剂的结构进行简化，其
温度下即可形成离子液晶相。这些报道研究了这类 中，12(OH)-3-12(OH)的简化模型如图 1 所示。红色
表面活性剂的表面张力变化情况，但是并没有研究 粒子代表—CH 2 —基团，用大写字母 T 表示；绿色
这类表面活性剂在溶液中的胶束形态转变过程。 基团代表头基，用大写字母 H 表示；水分子用蓝色
本课题组前期合成了每个头基含有一个羟基的 字母表示，用大写字母 W 表示。为了便于观察，参
Gemini 表面活性剂 12(OH)-s-12(OH) [22] （结构式如 考文献中的方法 [23] ，模拟结果中的水分子及头基上
下），这类 Gemini 表面活性剂有利于分子间氢键的 的—CH 3 和—CH 2 CH 2 OH 均省略。
形成，而表面活性剂分子间相互作用的增强更有利
于形成致密的结构。本文在前期研究的基础上，研
究了分子结构中含有双羟基的 Gemini 表面活性剂
的热性能及其表面张力变化情况；测试了该类表面
活性剂在水溶液中的泡沫性能；利用耗散粒子动力

学（DPD）预测了表面活性剂摩尔分数及连接基团
图 1 12(OH)-3-12(OH)的 DPD 模型
长度对其在水溶液中聚集形态的影响。有望为该类 Fig. 1 DPD model of 12(OH)-3-12(OH)
表面活性剂在实际生产中的应用提供理论基础。

1.3.3 相互作用参数设置
模拟对象为 Gemini 表面活性剂分子和水分子，
通过设置相互作用参数来实现表面活性剂分子中的
不同基团之间及其与水分子之间的相互作用力差
异，即相互作用参数 [24] （排斥参数），相互作用参数
采用公式（1）进行计算：
2( -  )(ρ  ρ )
1 实验部分    AB AA A B （1）
kT
B
1.1 试剂与仪器 式中： ρ 和 ρ 代表珠子的密度，本模拟系统设置
A
B
12(OH)-s-12(OH)由本实验室合成，合成方法参考 珠子密度为 3，即每单位格子中含有 3 个珠子， AB