探究紫外光照对水杨酸钠、HTAB和邻甲氧基肉桂酸混合溶液粘弹性的影响

于孟娇

(中国刑事警察学院，辽宁 沈阳 110035)

探究紫外光照对水杨酸钠、HTAB和邻甲氧基肉桂酸混合溶液粘弹性的影响

于孟娇

(中国刑事警察学院，辽宁 沈阳 110035)

298K条件下，用稳态和震荡剪切实验测定30mmol/kg邻甲氧基肉桂酸与50mmol/kgHTAB和30mmol/kg水杨酸钠混合溶液的流变特性，并且对其进行紫外光和日光的反复照射后，发现此体系的黏度发生可回复性变化。这主要是因为邻甲氧基肉桂酸分子存在顺式和反式两种异构体，在可见光照射下，邻甲氧基肉桂酸为反式结构，易插入HTAB/NaSal的蠕虫状胶束层，促使形成三维网络结构；在特定波长的紫外光照射下，邻甲氧基肉桂酸异构化为顺式结构，促使蠕虫状胶束解聚，体系黏度下降。

邻甲氧基肉桂酸(OMCA)；水杨酸钠(NaSal)；溴化十六碳烷基三甲基铵(HTAB)；顺反异构化；流变性质

邻甲氧基肉桂酸存在顺式和反式两种异构体。在特定波长的紫外光照射下，反式构型的邻甲氧基肉桂酸会转变为顺式构型；在可见光或热作用下，顺式构型可回复到反式构型。两种构型的邻甲氧基肉桂酸分子结构的变化会引发表面活性剂表面活性、胶束结构等的变化[1]，宏观表现为溶液粘弹性的显著变化。

目前，邻甲氧基肉桂酸顺反异构体的不同特性，以及顺反异构化诱导产生的各种光响应现象，引起了广泛的关注。该光响应性材料表现出很多独特的性能，如光动力纳微米机械、光驱动分子开关、信息存储、表面起伏光栅及命令表面、非线性光学材料及光子材料等[2]。

1 实验部分

1.1 仪器试剂

仪器： AR-2000ex旋转流变仪(美国TA公司)；DEG-200直联便携式无油空气压缩机；配以精密恒温工作台(KER 3100-08S)；ZF-7型三用紫外分析仪；称量瓶；10 mL试剂天平；烘箱；移液管；微量注射器；磁力搅拌器。

试剂：HTAB；水杨酸钠；邻甲氧基肉桂酸；以上试剂均为分析纯试剂。

1.2 实验方法

1.2.1 溶液的配置

298K下，用称量瓶准确秤取药品，用哇哈哈牌纯净水进行配制，加入磁子，用磁力搅拌器充分混合溶液，静置24 h以上，用超声波进行消泡处理，再静置。

准确配置30 mmol/kg邻甲氧基肉桂酸与50 mmol/kgHTAB和30 mmol/kg水杨酸钠混合溶液。

1.2.2 紫外光和日光处理

用上述进行流变实验的同组成样品，在磁力搅拌作用下用365 nm波长范围的紫外光照射3 h后，用超声波消泡处理，静置使溶液至澄清透明时进行流变测定。

1.2.3 流变性测量

流变测量用美国TA公司的AR2000ex应力控制流变仪。转子采用平板，缝隙为0.05 mm，直径为20 mm。测量单位用帕尔贴板控制温度，精度为±0.05℃，测量温度为(25±0.10)℃。为了因加样而影响被破坏的结构恢复，样品在开始实验前需在椎板上静置5min再进行应力扫描，频率扫描，稳态扫描。

2 结果与讨论

2.1 不同浓度邻甲氧基肉桂酸对HTAB/水杨酸钠混合溶液黏弹性的影响

2.1.1 稳态黏度

图1 不同浓度的邻甲氧基肉桂酸对50 mmol·kg-1HTAB/30 mmol·kg-1水杨酸钠混合体系(光照前)的稳态曲线

从图1可以看出，体系在低剪切速率时黏度有平台区，这主要是因为剪切速率较小时蠕虫状胶束可以进一步发生相互缠绕，从而阻碍了溶液的流动，使其黏度增大。当剪切速率超过一定值时，黏度急速下降，会出现剪切稀化现象，一般情况下，这就是体系形成蠕虫状胶束的证据[3]。剪切稀化时的速率被称为临界剪切速率。此时长胶束可能会被剪切断裂成碎片，进而导致溶液黏度降低。这是由于胶束长度达到饱和以后，胶束表面双电层会被进一步的压缩，胶束界面电荷会减少，体系中过量带电的反离子使胶束的生长会在一定程度上受到限制，线性的蠕虫状胶束发生卷曲，从而使溶液黏度降低。达到一定程度，断裂的胶束就不再变化，溶液黏度的降低将变缓，这种现象可以认为是典型的蠕虫状胶束形成及断裂过程的表现[4-5]。

2.2 UV光照对水杨酸钠、HTAB和邻甲氧基肉桂酸混合溶液粘弹性的影响

2.2.1 频率扫描

图2 30 mmol·kg-1的邻甲氧基肉桂酸30 mmol·kg-1水杨酸钠50 mmol·kg-1lHTAB混合体系先紫外光照3 h再日光照3 h再紫外光照3 h再日光照3 h的稳态扫描图(298K)

表1 30 mmol·kg-1邻甲氧基肉桂酸30 mmol·kg-1水杨酸钠

50 mmol·kg-1lHTAB混合体系不同光照处理后的 粘弹性影响的稳态扫描相关参数

图3 30 mmol·kg-1的邻甲氧基肉桂酸30 mmol·kg-1

水杨酸钠50 mmol·kg-1lHTAB混合体系反复光照的零剪切黏度值(298K)

在光照反复性的实验中，保持水杨酸钠和HTAB 的浓度不变，测量了30 mmol·kg-1邻甲氧基肉桂酸混合体系在紫外灯和日光灯照射前后的零剪切黏度，发现混合体系的零剪切黏度变化较大且反复性比较好。实验结果如图2、3及表1所示。

实验结果清楚表明：30 mmol·kg-1邻甲氧基肉桂酸的混合体系，经特定波长紫外光照射后，体系零剪切黏度减小的趋势较大；用日光灯照射后黏度又呈现增大趋势，多次反复照射后，体系黏度呈现一定的反复性，且回复性完美。

2.2.2 频率扫描

图4 30 mmol·kg-1的邻甲氧基肉桂酸30 mmol·kg-1

水杨酸钠50 mmol·kg-1lHTAB混合体系先紫外光照3 h再日光照3 h再紫外光照3 h再日光照3 h的频率扫描图(298K)

2.3 Cole-Cole图

Maxwell规则的具体内容包括：流体根据流变曲线形状不同可以分为牛顿流体和非牛顿流体两类。牛顿流体：流变曲线是指剪切应力与剪切速率的关系曲线符合牛顿定律的流体。牛顿流体的黏度仅仅与温度有关，不随剪切应力而变化。该实验体系属于牛顿流体。

在此次试验中，由Cole-Cole图(图5)可以看出这两个体系形成的胶体溶液，基本符合Maxwell规则，尤其体现在前部分的点，但是随着频率的增加，后面的点脱离了半圆，出现了向上弯曲的现象，其原因有很多，主要是因为在高剪切扰动条件下胶束破裂与重组变化加快。表面活性剂聚集体在剪切作用下，其内部结构会发生转变，最常见的是体系黏度随剪切速率的增大而变小既剪切稀释，这是体系有序结构，如蠕虫状胶束、层状相等被破坏而形成比较小的表面活性聚集体的缘故。

图5 30 mmol·kg-1的邻甲氧基肉桂酸30 mmol·kg-1水杨酸钠50 mmol·kg-1lHTAB混合体系先紫外光照3 h再日光照3 h再紫外光照3 h再日光照3 h的Cole-Cole图(298K)

3 结 论

实验配制了不同浓度的邻甲氧基肉桂酸/水杨酸钠(NaSal)/HTAB混合水溶液，通过稳态和震荡剪切实验研究了邻甲氧基肉桂酸浓度对混合体系流变性能及形成蠕虫状胶束的影响。然后选取30 mmol·kg-1的邻甲氧基肉桂酸30 mmol·kg-1水杨酸钠50 mmol·kg-1HTAB混合体系进行紫外光与可见光照处理。得到的实验数据表明：邻甲氧基肉桂酸，使得体系具有光敏性，经紫外光照射后，溶液的黏度降低很多；再一次经可见光照射后，体系的黏度又回到原来水平，进行紫外光与可见光反复照射后，两个混合体系都表现出黏度的可回复性。这是因为邻甲氧基肉桂酸的存在使该体系形成光响应型蠕虫状胶束，在合适波长的作用下发生光诱导异构化，导致胶束微观形态改变，致使体系宏观性能发生改变。因为邻甲氧基肉桂酸分子存在顺式和反式两种异构体。在特定波长的紫外光照射下，反式构型的邻甲氧基肉桂酸会转变为顺式构型；在可见光或热作用下，顺式构型可回复到反式构型。两种构型的邻甲氧基肉桂酸分子具有明显不同的紫外可见吸收光谱，从而使体系发生改变。

[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，马喜平，王 红，等. 粘弹性蠕虫状胶束及其应用[J].高分子通报,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.

[5] Acharya D P,Kunieda H,Shiba Y,et al.Phase and rheological behavior of novel Gemini-type surfactant systems[J].J Phys Chem B,2004,108:1790-1797.

(本文文献格式：于孟娇.探究紫外光照对水杨酸钠、HTAB和邻甲氧基肉桂酸混合溶液粘弹性的影响[J].山东化工,2017,46(3):41-43.)

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本刊设有“规划与展望”、“科研与开发”、“专论与综述”、“生产与应用”、“分析与测试”、“资源与环境”、“经验交流”、“管理初探”、“计算机与信息化”、“经济与市场”、“教育与培训”等栏目，主要报道化工行业最新科技进展，以及化工科研、生产、设计等方面的新技术、新工艺、新设备、新产品等方面的发展动态与开发情况，搭建科技转化为生产力的桥梁。读者主要面对化工及相关行业的各级管理干部、决策人员、技术人员、市场开发人员，科研设计规划院所的专业技术人员以及高等院校的师生等。

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2016-12-16

于孟娇(1992—)，女，2016级研究生在读，隶属于法学系分析化学专业。

TQ655

A

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