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CN105367429A - 一种含多个羟基的阳离子Gemini表面活性剂构筑的离子液晶及制备方法 - Google Patents

一种含多个羟基的阳离子Gemini表面活性剂构筑的离子液晶及制备方法 Download PDF

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CN105367429A
CN105367429A CN201510654682.2A CN201510654682A CN105367429A CN 105367429 A CN105367429 A CN 105367429A CN 201510654682 A CN201510654682 A CN 201510654682A CN 105367429 A CN105367429 A CN 105367429A
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ion liquid
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张群
宋冰蕾
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Nanjing tuobei New Material Technology Co.,Ltd.
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Jiangnan University
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Abstract

本发明涉及一种用于制备离子液晶的阳离子Gemini表面活性剂，其结构式如下：该表面活性剂的特征在于其分子结构中含有5个羟基，该表面活性剂可以在110℃以上形成离子液晶。液晶的形态属于近晶A(SmA)相。羟基的存在可以削弱表面活性剂离子与反离子之间的静电相互作用，有利于液晶相的形成。离子液晶结合了离子液体与液晶的特点，在离子传导材料及作为有机反应介质等方面均有优越的表现。本发明有利于促进表面活性剂在制备离子液晶方面的应用。

Description

一种含多个羟基的阳离子Gemini表面活性剂构筑的离子液晶及制备方法
技术领域
本发明涉及一种阳离子Gemini表面活性剂制备的离子液晶，特别涉及一种头基区含有多个羟基的阳离子Gemini表面活性剂制备的离子液晶，属于表面活性剂科学领域。
背景技术
液晶既具有晶体的各向异性特征，又具有液体流动性的特征。液晶这种独特的存在状态使其广泛应用在光电器件、温度传感等领域中。离子液体是一种由阴阳离子构成的融熔盐，作为一类新型的绿色溶剂，近年来在电化学，催化，新材料制备等多个领域得到了广泛研究。通过合理设计分子结构与体系组成，可以使离子液体也具有液晶的性能。在这样的体系中，由于形成液晶的分子完全由阴阳离子构成，这种物质状态被称为离子液晶。离子液晶结合了离子液体与液晶的特点，在离子传导材料及作为有机反应介质等方面均有优越的表现。
离子表面活性剂是形成离子液晶的一类重要分子，其结构对离子液晶的形成有重要影响。通过合理改变表面活性剂的头基结构，可获得关于液晶体系形成与构筑的知识，促进离子液晶体系在更广泛领域的应用。Gemini表面活性剂包含两个头基，两条疏水链和一个联接链，通过改变其结构要素，比如在头基上引入功能化的基团，可以改变离子头基和反离子的相互作用方式，有利于离子液晶的形成。
发明内容
为了解决一般离子表面活性剂头基与反离子之间的结合过于紧密，难以形成有价值的离子液晶的问题，本发明提供了一种头基区含有5个羟基的阳离子Gemini表面活性剂。该Gemini表面活性剂头基附近较大的取代基阻碍了表面活性剂头基的结晶倾向，不利于其形成三维有序的晶体结构，且羟基的存在利于液晶相的形成，因此头基区含5个羟基的Gemini表面活性剂在110℃以上形成了稳定的离子液晶相。
本发明的技术方案为：一种稳定的热致液晶相，是由一种头基区带5个羟基的Gemini阳离子表面活性剂制得，其中的Gemini阳离子表面活性剂的结构式如下：
该Gemini阳离子表面活性剂的合成路线如下：
对于液晶样品，通过DSC和XRD研究其相变区间和液晶结构。
DSC测试在N2保护下进行，升、降温速率10℃/min，温度范围25～160℃；XRD测试范围为1.5～30°，扫描速率为4°/min。
有益效果
头基区含有5个羟基的Gemini阳离子表面活性剂可以在110℃以上形成近晶A(SmA)相液晶，多个羟基的存在对于液晶相的形成与稳定起着重要作用。形成的离子液晶可应用于离子传导材料及作为有机反应介质。
附图说明
图112(2OH)-3(OH)-12(2OH)在升温过程中的DSC曲线
图212(2OH)-3(OH)-12(2OH)在130℃下的XRD谱图
具体实施方式
实施例1:将1-溴代十二烷与二乙醇胺按照摩尔比1:4的量混合，加入无水乙醇，在60℃反应24小时。冷却后，再加入氢氧化钠继续搅拌1小时。旋转蒸发除去乙醇后，向剩余物中加入150mL蒸馏水，再加入100mL乙醚，体系分层。将上层有机层分离，下层继续用乙醚萃取两次。将萃取液合并，用蒸馏水洗两次。乙醚溶液用无水硫酸镁干燥，过滤后，乙醚旋转蒸发去除得到粗产品。对粗产品进行减压蒸馏得到中间产物N-十二烷基二乙醇胺(180℃/5mmHg)，产率：73.1％。
实施例2：将N-十二烷基二乙醇胺与1,3-二溴异丙醇按照摩尔比2.5：1混合，加入无水乙醇，在90℃反应72小时。将反应物冷却，旋转蒸发除去乙醇。剩余物用乙酸乙酯重结晶三次，经真空干燥后得到终产品12(2OH)-3(OH)-12(2OH)，为白色固体，得率28％。
实施例3:实施例12(2OH)-3(OH)-12(2OH)离子液晶升温过程的DSC曲线测定。在氮气保护下，用差热扫描量热仪(PEDSC8000)测试样品的DSC曲线，升温速率为5℃/min。图1为12(2OH)-3(OH)-12(2OH)升温过程的DSC曲线。在测试的温度区间内，出现了两个相变峰，表明在测试的温度区间内，发生了两次相转变。后续的XRD测试结果表明，第二次相变对应着12(2OH)-3(OH)-12(2OH)由固态晶体向液晶相－近晶A(SmA)相的转变。
实施例4:实施例12(2OH)-3(OH)-12(2OH)离子液晶升温过程的XRD测定。液晶相态的研究用X射线衍射仪测试，实验在真空状态下进行，扫描步长为0.02°。

Claims (4)

1.一种用于制备离子液晶的Gemini表面活性剂，其结构式如下：
2.一种用于制备离子液晶的Gemini表面活性剂，其特征在于，头基区含有5个羟基。
3.一种用于制备离子液晶的Gemini表面活性剂，其特征在于，其在110℃以上可以形成离子液晶。
4.一种由权利要求1所述的Gemini表面活性剂形成的离子液晶，其特征在于，液晶的相态属于近晶A(SmA)相。
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