溶致液晶是由表面活性劑和極性溶劑組成的二元或加入助表面活性劑和有機物組成的多元體系,由于其在日用化工､材料科學､生物工程和三次采油等行業(yè)中有著重要的應用價值,因此溶致液晶的組成､性質(zhì)和結(jié)構(gòu)越來越受到人們的重視.

溶致液晶可分為層狀､六角狀和立方狀3類.研究溶致液晶相結(jié)構(gòu)的方法很多,一般用偏光顯微鏡､NMR和X射線衍射方法來確定相態(tài)的結(jié)構(gòu).而利用偏光顯微鏡可以方便的在不同區(qū)域獲得照片,對照有關文獻,可以研究單一液晶體系和多種液晶共存的混合體系.因此,用該種方法研究溶致液晶相結(jié)構(gòu),越來越受到人們的青睞.

本文以新合成的陽離子表面活性劑3-辛烷氧基-2-羥丙基三甲基溴化銨(C₈TAB)與正丁醇及水組成三元體系.在25℃下,繪制了它們的相圖,確定了微乳液區(qū)及液晶區(qū)域的邊界范圍,用拍攝的液晶照片,研究了液晶區(qū)域內(nèi)的結(jié)構(gòu)變化.

1 實驗部分

1.1 試劑與儀器

3-辛烷氧基-2-羥丙基三甲基溴化銨(C₈TAB),合成方法:辛醇與環(huán)氧溴丙烷在堿性條件下,用PTC法于一定溫度下反應得烷氧基縮水甘油醚,再與三甲胺鹽酸鹽反應得粗品,并用乙酸乙酯提純3次,其水溶液的表面張力與濃度關系曲線在CMC附近無最低點.正丁醇為AR級試劑,水為3次蒸餾水.

偏光顯微鏡,XP-201,南京光學儀器廠;電子天平,FA1004,上海天平儀器廠;電導率儀,DDS-308A,上海雷磁儀器廠.

1.2 方法

在25℃溫度下繪制C₈TAB/正丁醇/水體系的三元相圖,在相圖內(nèi)選點,利用偏光顯微鏡獲得各自的紋理照片并確定出液晶區(qū)域.

配制含量一定的C₈TAB/正丁醇/水溶液若干份,用電導率儀分別測定各溶液的電導率隨水量的變化值,確定微乳液的變化區(qū)域.

2 結(jié)果與討論

圖1為25℃時C₈TAB/正丁醇/水體系的三元相圖,圖中Ⅰ為液晶區(qū),Ⅱ為微乳液區(qū),Ⅲ為兩相區(qū),微乳液區(qū)域的變化是從W/O型微乳液→雙連續(xù)結(jié)構(gòu)→O/W型微乳液.

圖2為C₈TAB､正丁醇和水起始含量分別為18%､37%､45%時,固定C₈TAB與正丁醇比例,溶液的電導率隨水含量增加的曲線。

從圖中可以看出,當C₈TAB和正丁醇的比例一定時,隨著水含量的不斷增加,電導率逐漸增大,到一定值后不再變化,然后又迅速變小,第一轉(zhuǎn)折點即為W/O型微乳液到雙連續(xù)結(jié)構(gòu)的分界點,第二轉(zhuǎn)折點為雙連續(xù)結(jié)構(gòu)到O/W型微乳液分界點,將含三組分不同量溶液的各轉(zhuǎn)折點連接(圖1虛線表示)即為各變化區(qū)域的界線.第一轉(zhuǎn)折點前電導率的增大是因為W/O型微乳液中的膠束為反膠束,極性頭向內(nèi),隨著水量的增加,反膠束逐漸解離,形成正膠束(O/W型),因而電導率逐漸增大.當水含量達一定值且形成正膠束的趨勢與反膠束的解離達平衡時,即變?yōu)殡p連續(xù)相,電導率不再變化.隨著水量的繼續(xù)增加,O/W型膠束不斷稀釋,單位體積內(nèi)的離子不斷減少,相應的電導率也逐漸下降.

在液晶區(qū)域中,按圖系列,C₈TAB和正丁醇的比例不變(C₈TAB∶正丁醇為7∶3)只改變水的含量,選取6個樣品(1～6號),拍攝了相應的照片(圖3A₁～A₆),參照液晶紋理的專著,判斷各樣品的液晶結(jié)構(gòu),分析如下.

1號樣品含水量為13%,照片(A₁)的液晶紋理為單純的小十字花紋和部分油紋狀,與文獻對照,可知該體系為單純的層狀液晶.2號樣品含水量為18%,拍攝的液晶紋理照片(A₂)有兩種花紋,一部分為十字花紋,而另一部分為扇型結(jié)構(gòu),說明該體系有兩種液晶組成,與文獻照片比較可知該體系分別為層狀液晶和六角狀液晶共存的溶液.A₃含水量為24%,液晶紋理照片為單純的扇型,與文獻對照,可知該體系為單純的六角狀液晶組成.A₄含水量為30%,液晶照片較為復雜,可看到有3種紋理現(xiàn)象,即十字花､扇型十字和嵌鑲型結(jié)構(gòu),對照文獻可知該體系有3種液晶紋理組成,為層狀､六角狀和六角狀向立方狀過渡的液晶紋理.A₅為含水量37%,液晶照片全部為嵌鑲型結(jié)構(gòu),這是六角狀向立方狀液晶轉(zhuǎn)化生成的紋理,證明該點為立方狀液晶.A₆含水量為45%,照片顯示為很少的十字花紋結(jié)構(gòu),說明該體系由層狀液晶向微乳液轉(zhuǎn)化. 

總之,固定C₈TAB和正丁醇的比例,不斷增大水的含量,體系的液晶變化由層狀→層狀與六角狀液晶共存→六角狀→層狀､六角狀和向立方狀轉(zhuǎn)化→立方狀液晶→層狀向微乳液過渡.