探究紫外光照對水楊酸鈉、HTAB和鄰甲氧基肉桂酸混合溶液粘彈性的影響

于孟嬌

(中國刑事警察學(xué)院，遼寧 沈陽 110035)

探究紫外光照對水楊酸鈉、HTAB和鄰甲氧基肉桂酸混合溶液粘彈性的影響

于孟嬌

(中國刑事警察學(xué)院，遼寧 沈陽 110035)

298K條件下，用穩(wěn)態(tài)和震蕩剪切實(shí)驗(yàn)測定30mmol/kg鄰甲氧基肉桂酸與50mmol/kgHTAB和30mmol/kg水楊酸鈉混合溶液的流變特性，并且對其進(jìn)行紫外光和日光的反復(fù)照射后，發(fā)現(xiàn)此體系的黏度發(fā)生可回復(fù)性變化。這主要是因?yàn)猷徏籽趸夤鹚岱肿哟嬖陧樖胶头词絻煞N異構(gòu)體，在可見光照射下，鄰甲氧基肉桂酸為反式結(jié)構(gòu)，易插入HTAB/NaSal的蠕蟲狀膠束層，促使形成三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)；在特定波長的紫外光照射下，鄰甲氧基肉桂酸異構(gòu)化為順式結(jié)構(gòu)，促使蠕蟲狀膠束解聚，體系黏度下降。

鄰甲氧基肉桂酸(OMCA)；水楊酸鈉(NaSal)；溴化十六碳烷基三甲基銨(HTAB)；順反異構(gòu)化；流變性質(zhì)

鄰甲氧基肉桂酸存在順式和反式兩種異構(gòu)體。在特定波長的紫外光照射下，反式構(gòu)型的鄰甲氧基肉桂酸會轉(zhuǎn)變?yōu)轫樖綐?gòu)型；在可見光或熱作用下，順式構(gòu)型可回復(fù)到反式構(gòu)型。兩種構(gòu)型的鄰甲氧基肉桂酸分子結(jié)構(gòu)的變化會引發(fā)表面活性劑表面活性、膠束結(jié)構(gòu)等的變化[1]，宏觀表現(xiàn)為溶液粘彈性的顯著變化。

目前，鄰甲氧基肉桂酸順反異構(gòu)體的不同特性，以及順反異構(gòu)化誘導(dǎo)產(chǎn)生的各種光響應(yīng)現(xiàn)象，引起了廣泛的關(guān)注。該光響應(yīng)性材料表現(xiàn)出很多獨(dú)特的性能，如光動力納微米機(jī)械、光驅(qū)動分子開關(guān)、信息存儲、表面起伏光柵及命令表面、非線性光學(xué)材料及光子材料等[2]。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 儀器試劑

儀器： AR-2000ex旋轉(zhuǎn)流變儀(美國TA公司)；DEG-200直聯(lián)便攜式無油空氣壓縮機(jī)；配以精密恒溫工作臺(KER 3100-08S)；ZF-7型三用紫外分析儀；稱量瓶；10 mL試劑天平；烘箱；移液管；微量注射器；磁力攪拌器。

試劑：HTAB；水楊酸鈉；鄰甲氧基肉桂酸；以上試劑均為分析純試劑。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 溶液的配置

298K下，用稱量瓶準(zhǔn)確秤取藥品，用哇哈哈牌純凈水進(jìn)行配制，加入磁子，用磁力攪拌器充分混合溶液，靜置24 h以上，用超聲波進(jìn)行消泡處理，再靜置。

準(zhǔn)確配置30 mmol/kg鄰甲氧基肉桂酸與50 mmol/kgHTAB和30 mmol/kg水楊酸鈉混合溶液。

1.2.2 紫外光和日光處理

用上述進(jìn)行流變實(shí)驗(yàn)的同組成樣品，在磁力攪拌作用下用365 nm波長范圍的紫外光照射3 h后，用超聲波消泡處理，靜置使溶液至澄清透明時進(jìn)行流變測定。

1.2.3 流變性測量

流變測量用美國TA公司的AR2000ex應(yīng)力控制流變儀。轉(zhuǎn)子采用平板，縫隙為0.05 mm，直徑為20 mm。測量單位用帕爾貼板控制溫度，精度為±0.05℃，測量溫度為(25±0.10)℃。為了因加樣而影響被破壞的結(jié)構(gòu)恢復(fù)，樣品在開始實(shí)驗(yàn)前需在椎板上靜置5min再進(jìn)行應(yīng)力掃描，頻率掃描，穩(wěn)態(tài)掃描。

2 結(jié)果與討論

2.1 不同濃度鄰甲氧基肉桂酸對HTAB/水楊酸鈉混合溶液黏彈性的影響

2.1.1 穩(wěn)態(tài)黏度

圖1 不同濃度的鄰甲氧基肉桂酸對50 mmol·kg-1HTAB/30 mmol·kg-1水楊酸鈉混合體系(光照前)的穩(wěn)態(tài)曲線

從圖1可以看出，體系在低剪切速率時黏度有平臺區(qū)，這主要是因?yàn)榧羟兴俾瘦^小時蠕蟲狀膠束可以進(jìn)一步發(fā)生相互纏繞，從而阻礙了溶液的流動，使其黏度增大。當(dāng)剪切速率超過一定值時，黏度急速下降，會出現(xiàn)剪切稀化現(xiàn)象，一般情況下，這就是體系形成蠕蟲狀膠束的證據(jù)[3]。剪切稀化時的速率被稱為臨界剪切速率。此時長膠束可能會被剪切斷裂成碎片，進(jìn)而導(dǎo)致溶液黏度降低。這是由于膠束長度達(dá)到飽和以后，膠束表面雙電層會被進(jìn)一步的壓縮，膠束界面電荷會減少，體系中過量帶電的反離子使膠束的生長會在一定程度上受到限制，線性的蠕蟲狀膠束發(fā)生卷曲，從而使溶液黏度降低。達(dá)到一定程度，斷裂的膠束就不再變化，溶液黏度的降低將變緩，這種現(xiàn)象可以認(rèn)為是典型的蠕蟲狀膠束形成及斷裂過程的表現(xiàn)[4-5]。

2.2 UV光照對水楊酸鈉、HTAB和鄰甲氧基肉桂酸混合溶液粘彈性的影響

2.2.1 頻率掃描

圖2 30 mmol·kg-1的鄰甲氧基肉桂酸30 mmol·kg-1水楊酸鈉50 mmol·kg-1lHTAB混合體系先紫外光照3 h再日光照3 h再紫外光照3 h再日光照3 h的穩(wěn)態(tài)掃描圖(298K)

表1 30 mmol·kg-1鄰甲氧基肉桂酸30 mmol·kg-1水楊酸鈉

50 mmol·kg-1lHTAB混合體系不同光照處理后的 粘彈性影響的穩(wěn)態(tài)掃描相關(guān)參數(shù)

圖3 30 mmol·kg-1的鄰甲氧基肉桂酸30 mmol·kg-1

水楊酸鈉50 mmol·kg-1lHTAB混合體系反復(fù)光照的零剪切黏度值(298K)

在光照反復(fù)性的實(shí)驗(yàn)中，保持水楊酸鈉和HTAB 的濃度不變，測量了30 mmol·kg-1鄰甲氧基肉桂酸混合體系在紫外燈和日光燈照射前后的零剪切黏度，發(fā)現(xiàn)混合體系的零剪切黏度變化較大且反復(fù)性比較好。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖2、3及表1所示。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果清楚表明：30 mmol·kg-1鄰甲氧基肉桂酸的混合體系，經(jīng)特定波長紫外光照射后，體系零剪切黏度減小的趨勢較大；用日光燈照射后黏度又呈現(xiàn)增大趨勢，多次反復(fù)照射后，體系黏度呈現(xiàn)一定的反復(fù)性，且回復(fù)性完美。

2.2.2 頻率掃描

圖4 30 mmol·kg-1的鄰甲氧基肉桂酸30 mmol·kg-1

水楊酸鈉50 mmol·kg-1lHTAB混合體系先紫外光照3 h再日光照3 h再紫外光照3 h再日光照3 h的頻率掃描圖(298K)

2.3 Cole-Cole圖

Maxwell規(guī)則的具體內(nèi)容包括：流體根據(jù)流變曲線形狀不同可以分為牛頓流體和非牛頓流體兩類。牛頓流體：流變曲線是指剪切應(yīng)力與剪切速率的關(guān)系曲線符合牛頓定律的流體。牛頓流體的黏度僅僅與溫度有關(guān)，不隨剪切應(yīng)力而變化。該實(shí)驗(yàn)體系屬于牛頓流體。

在此次試驗(yàn)中，由Cole-Cole圖(圖5)可以看出這兩個體系形成的膠體溶液，基本符合Maxwell規(guī)則，尤其體現(xiàn)在前部分的點(diǎn)，但是隨著頻率的增加，后面的點(diǎn)脫離了半圓，出現(xiàn)了向上彎曲的現(xiàn)象，其原因有很多，主要是因?yàn)樵诟呒羟袛_動條件下膠束破裂與重組變化加快。表面活性劑聚集體在剪切作用下，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)會發(fā)生轉(zhuǎn)變，最常見的是體系黏度隨剪切速率的增大而變小既剪切稀釋，這是體系有序結(jié)構(gòu)，如蠕蟲狀膠束、層狀相等被破壞而形成比較小的表面活性聚集體的緣故。

圖5 30 mmol·kg-1的鄰甲氧基肉桂酸30 mmol·kg-1水楊酸鈉50 mmol·kg-1lHTAB混合體系先紫外光照3 h再日光照3 h再紫外光照3 h再日光照3 h的Cole-Cole圖(298K)

3 結(jié) 論

實(shí)驗(yàn)配制了不同濃度的鄰甲氧基肉桂酸/水楊酸鈉(NaSal)/HTAB混合水溶液，通過穩(wěn)態(tài)和震蕩剪切實(shí)驗(yàn)研究了鄰甲氧基肉桂酸濃度對混合體系流變性能及形成蠕蟲狀膠束的影響。然后選取30 mmol·kg-1的鄰甲氧基肉桂酸30 mmol·kg-1水楊酸鈉50 mmol·kg-1HTAB混合體系進(jìn)行紫外光與可見光照處理。得到的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明：鄰甲氧基肉桂酸，使得體系具有光敏性，經(jīng)紫外光照射后，溶液的黏度降低很多；再一次經(jīng)可見光照射后，體系的黏度又回到原來水平，進(jìn)行紫外光與可見光反復(fù)照射后，兩個混合體系都表現(xiàn)出黏度的可回復(fù)性。這是因?yàn)猷徏籽趸夤鹚岬拇嬖谑乖擉w系形成光響應(yīng)型蠕蟲狀膠束，在合適波長的作用下發(fā)生光誘導(dǎo)異構(gòu)化，導(dǎo)致膠束微觀形態(tài)改變，致使體系宏觀性能發(fā)生改變。因?yàn)猷徏籽趸夤鹚岱肿哟嬖陧樖胶头词絻煞N異構(gòu)體。在特定波長的紫外光照射下，反式構(gòu)型的鄰甲氧基肉桂酸會轉(zhuǎn)變?yōu)轫樖綐?gòu)型；在可見光或熱作用下，順式構(gòu)型可回復(fù)到反式構(gòu)型。兩種構(gòu)型的鄰甲氧基肉桂酸分子具有明顯不同的紫外可見吸收光譜，從而使體系發(fā)生改變。

[1] Candau S J,Merikhi F,Waton G,et al.Temperature-jump study of elongated micelles of cetyltrimethylammonium bromide[J].J Phys France,1990,51:977-989.

[2] Lin Z,Cai J J,Scriven L E,et al.Spherical-to-wormlike micelle transition in CTAB solutions[J].J Phys Chem,1994,98:5984-5993.

[3] 胡忠前，馬喜平，王 紅，等. 粘彈性蠕蟲狀膠束及其應(yīng)用[J].高分子通報(bào),2007(8):24-28.

[4] Shrestha R G,Shrestha L K,Aramaki K.Formation of wormlike micelle in a mixed amino-acid based anionic surfactant and cationic surfactant systems[J].Colloid Interface Sci,2007,311:276-284.

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(本文文獻(xiàn)格式：于孟嬌.探究紫外光照對水楊酸鈉、HTAB和鄰甲氧基肉桂酸混合溶液粘彈性的影響[J].山東化工,2017,46(3):41-43.)

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本刊設(shè)有“規(guī)劃與展望”、“科研與開發(fā)”、“專論與綜述”、“生產(chǎn)與應(yīng)用”、“分析與測試”、“資源與環(huán)境”、“經(jīng)驗(yàn)交流”、“管理初探”、“計(jì)算機(jī)與信息化”、“經(jīng)濟(jì)與市場”、“教育與培訓(xùn)”等欄目，主要報(bào)道化工行業(yè)最新科技進(jìn)展，以及化工科研、生產(chǎn)、設(shè)計(jì)等方面的新技術(shù)、新工藝、新設(shè)備、新產(chǎn)品等方面的發(fā)展動態(tài)與開發(fā)情況，搭建科技轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力的橋梁。讀者主要面對化工及相關(guān)行業(yè)的各級管理干部、決策人員、技術(shù)人員、市場開發(fā)人員，科研設(shè)計(jì)規(guī)劃院所的專業(yè)技術(shù)人員以及高等院校的師生等。

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2016-12-16

于孟嬌(1992—)，女，2016級研究生在讀，隸屬于法學(xué)系分析化學(xué)專業(yè)。

TQ655

A

1008-021X(2017)03-0041-03