【摘 要】
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溶液环境下表面活性剂分子会自组装形成多种形态的胶束结构,棒状胶束就是其中的一种。静态溶液中,游离的表面活性剂分子与棒状胶束中的表面活性剂分子不断交换,总体处于动态平衡状态。但当溶液条件(浓度、温度、剪切速率)发生变化时,表面活性剂分子的自组装状态会发生相应改变来适应溶液条件的变化,棒状胶束会生长或变短,继而影响胶束间的立体空间结构,最终引起溶液宏观性质的变化。表面活性剂棒状胶束溶液因其独特的自组装
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溶液环境下表面活性剂分子会自组装形成多种形态的胶束结构,棒状胶束就是其中的一种。静态溶液中,游离的表面活性剂分子与棒状胶束中的表面活性剂分子不断交换,总体处于动态平衡状态。但当溶液条件(浓度、温度、剪切速率)发生变化时,表面活性剂分子的自组装状态会发生相应改变来适应溶液条件的变化,棒状胶束会生长或变短,继而影响胶束间的立体空间结构,最终引起溶液宏观性质的变化。表面活性剂棒状胶束溶液因其独特的自组装行为及由此引发的流变学特性,广泛应用于国民经济的各个领域。但目前欠缺描述棒状胶束自组装行为与溶液条件间耦合关系的自组装模型,导致工业生产中无法准确预测棒状胶束的自组装状态,限制了其实际应用。棒状胶束自组装模型研究难点有二:胶束自组装行为随溶液条件动态变化,且变化复杂;微观胶束自组装行为与宏观溶液条件之间具有跨尺度性,不易耦合。基于此,本文选取棒状胶束长度这一参数对微观胶束自组装行为与宏观溶液条件进行关联,并用棒状胶束长度来表征与其高度正相关的胶束自组装行为,通过介观布朗动力学模拟开展棒状胶束自组装行为的研究,获得已建立的棒状胶束长度与溶液条件间的耦合关系微分式中各待定参数在不同溶液条件与时间之间的定量关系,对微分式进行积分,建立棒状胶束的自组装模型,进一步探索和揭示了棒状胶束自组装行为机制,为其工业应用提供理论支撑。首先,介绍介观布朗动力学模拟的基本理论、棒状胶束间相互作用的介观布朗动力学计算模型、控制方程及算法流程,为后续开展数值模拟计算奠定基础。其次,设计合理的计算过程,系统研究不同溶液条件下棒状胶束的自组装行为,获得微分式中各待定参数在不同溶液条件下与时间的定量关系。结果表明,溶液的浓度、温度以及对溶液施加的剪切强度对棒状胶束的自组装能力都具有促进和抑制的两面性影响,即适当的浓度、温度及剪切强度有利于棒状胶束之间的自组装,相反,过高和过低的浓度、温度及剪切强度都不利于棒状胶束之间的自组装。最后,将介观布朗动力学数值计算所得各参数与时间的定量关系式代入已建立的棒状胶束长度与溶液条件间的耦合关系微分式,对其进行积分、合理归纳、简化,建立棒状胶束的自组装模型,预测不同溶液条件下棒状胶束的长度。验证表明,所建自组装模型能定性上预测棒状胶束的自组装程度。
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