Эффект электростатических взаимодействий в червеобразных мицеллах ПАВ на основе бетаина и заряженного третичного амина с одинаковыми гидрофобными группами
- 作者: Хао У.1, Молчанов В.1, Чесноков Ю.2, Подлесный П.2, Филиппова О.1
-
隶属关系:
- Московский государственный университет им. М. В. Ломоносова
- Курчатовский институт
- 期: 卷 86, 编号 2 (2024)
- 页面: 294-302
- 栏目: Articles
- URL: https://journals.rcsi.science/0023-2912/article/view/259167
- DOI: https://doi.org/10.31857/S0023291224020144
- EDN: https://elibrary.ru/DENRXD
- ID: 259167
如何引用文章
详细
Исследованы вязкоупругие свойства и структура растворов смешанных червеобразных мицелл на основе цвиттерионного ПАВ олеиламидопропилдиметил карбоксибетаина (ОАПБ) и положительно заряженного олеиламидопропилдиметил амина (ОАПА) при разном соотношении между компонентами. При малой доле катионного ПАВ ОАПА раствор проявляет вязкоупругие свойства, характерные для полуразбавленных растворов переплетенных червеобразных мицелл, присутствие которых было подтверждено данными криогенной электронной микроскопии. Обнаружено, что по мере увеличения мольной доли заряженного ПАВ до 0.1 вязкость и время релаксации растворов падают в три раза, а значения модуля накопления при малых временах воздействия не изменяются. Используемые ПАВ имеют близкое строение, поэтому при замене молекул цвиттерионного ПАВ на положительно заряженные молекулы ОАПА главным фактором изменения свойств и структуры является усиление электростатического отталкивания на поверхности мицелл. Показано, что данный фактор приводит к уменьшению средней длины мицелл и увеличению количества мицелл, что слабо отражается на реологических свойствах системы, пока длина мицелл больше, чем длина субцепей в сетке. При увеличении мольной доли ОАПА с 0.1 до 0.5 наблюдается резкое падение вязкости и времени релаксации на порядки и потеря раствором вязкоупругого отклика, т. е. разрушение сетки. Данный переход от полуразбавленного раствора к разбавленному объясняется уменьшением длины червеобразных мицелл и образованием сферических мицелл. Изображения, полученные методом криогенной электронной микроскопии, подтвердили образование смеси длинных и коротких червеобразных мицелл со сферическими мицеллами при мольной доле ОАПА 0.5.
全文:
作者简介
У. Хао
Московский государственный университет им. М. В. Ломоносова
Email: molchan@polly.phys.msu.ru
俄罗斯联邦, Ленинские горы, д. 1, стр. 2, Москва, 119991
В. Молчанов
Московский государственный университет им. М. В. Ломоносова
编辑信件的主要联系方式.
Email: molchan@polly.phys.msu.ru
俄罗斯联邦, Ленинские горы, д. 1, стр. 2, Москва, 119991
Ю. Чесноков
Курчатовский институт
Email: molchan@polly.phys.msu.ru
俄罗斯联邦, пл. Академика Курчатова, д. 1, Москва, 123182
П. Подлесный
Курчатовский институт
Email: molchan@polly.phys.msu.ru
俄罗斯联邦, пл. Академика Курчатова, д. 1, Москва, 123182
О. Филиппова
Московский государственный университет им. М. В. Ломоносова
Email: molchan@polly.phys.msu.ru
俄罗斯联邦, Ленинские горы, д. 1, стр. 2, Москва, 119991
参考
- Granek R., Cates M.E. Stress relaxation in living polymers: Results from a Poisson renewal model // J. Chem. Phys. 1992. V. 96. № 6. P. 4758–4767. https://doi.org/10.1063/1.462787
- Walker L.M. Rheology and structure of worm-like micelles // Curr. Opin. Colloid Interface Sci. 2001. V. 6. № 5-6. P. 451–456. https://doi.org/10.1016/S1359-0294(01)00116-9
- Magid L.J. The Surfactant – polyelectrolyte analogy // J. Phys. Chem. B. 1998. V. 5647. № 97. P. 4064–4074. https://doi.org/10.1021/jp9730961
- Квятковский А.Л., Молчанов В.С., Филиппова О.Е. Полимероподобные червеобразные мицеллы ионогенных поверхностно-активных веществ: структура и реологические свойства // Высокомолекулярные соединения. Серия А. 2019. Т. 61. № 2. С. 180–192. https://doi.org/10.1134/S2308112019020081
- Shishkhanova K.B., Molchanov V.S., Baranov A.N., Kharitonova E.P., Orekhov A.S., Arkharova N.A., Philippova O.E. A pH-triggered reinforcement of transient network of wormlike micelles by halloysite nanotubes of different charge // J. Mol. Liq. 2023. V. 370. P. 121032. https://doi.org/10.1016/j.molliq.2022.121032
- Молчанов В.С., Филиппова О.Е. Стимул-чувствительные системы на основе полимероподобных червеобразных мицелл ионогенных ПАВ и их современные применения // Высокомолекулярные соединения. Серия C. 2023. Т. 65. № 1. С. 122–137. https://doi.org/10.31857/S2308114723700309
- Lin Z., Cai J.J., Scriven L.E., Davis H.T. Spherical-to-wormlike micelle transition in CTAB solutions // J. Phys. Chem. 1994. V. 98. № 23. P. 5984–5993. https://doi.org/10.1021/j100074a027
- Kuperkar K., Abezgauz L., Danino D., Verma G., Hassan P.A., Aswal V.K., Varade D., Bahadur P. Viscoelastic micellar water/CTAB/NaNO3 solutions: Rheology, SANS and cryo-TEM analysis // J. Colloid Interface Sci. 2008. V. 323. № 2. P. 403–409. https://doi.org/10.1016/j.jcis.2008.04.040
- Croce V., Cosgrove T., Maitland G., Hughes T. Rheology, cryogenic transmission electron spectroscopy, and small-angle neutron scattering of highly viscoelastic wormlike micellar solutions // Langmuir. 2003. V. 19. № 10. P. 8536–8541. https://doi.org/10.1021/la0345800
- Lin Z., Eads C.D. Polymer-induced structural transitions in oleate solutions: Microscopy, rheology, and nuclear magnetic resonance studies // Langmuir. 1997. V. 13. № 10. P. 2647–2654. https://doi.org/10.1021/la961004d
- Flood C., Dreiss C.A., Croce V., Cosgrove T., Karlsson G.G. Wormlike micelles mediated by polyelectrolyte // Langmuir. 2005. V. 21. № 17. P. 7646–7652. https://doi.org/10.1021/la050326r
- Молчанов В.С., Шашкина Ю.А., Филиппова О.Е., Хохлов А.Р. Вязкоупругие свойства водных растворов анионного поверхностно-активного вещества – олеата калия // Коллоидный журнал. 2005. Т. 67. № 5. С. 668–671.
- Ziserman L., Abezgauz L., Ramon O., Raghavan S.R., Danino D. Origins of the viscosity peak in wormlike micellar solutions. 1. Mixed catanionic surfactants. A cryo-transmission electron microscopy study // Langmuir. 2009. V. 25. № 18. P. 10483–10489. https://doi.org/10.1021/la901189k
- Koehler R.D., Raghavan S.R., Kaler E.W. Microstructure and dynamics of wormlike micellar solutions formed by mixing cationic and anionic surfactants // J. Phys. Chem. B. 2000. V. 104. № 47. P. 11035–11044. https://doi.org/10.1021/jp0018899
- McCoy T.M., Valiakhmetova A., Pottage M.J., Garvey C.J., de Campo L., Rehm C., Kuryashov D.A., Tabor R.F. Structural evolution of wormlike micellar fluids formed by erucyl amidopropyl betaine with oil, salts, and surfactants // Langmuir. 2016. V. 32. № 47. P. 12423–12433. https://doi.org/10.1021/acs.langmuir.6b01735
- Kumar R., Kalur G.C., Ziserman L., Danino D., Raghavan S.R. Wormlike micelles of a C22-tailed zwitterionic betaine surfactant: From viscoelastic solutions to elastic gels // Langmuir. 2007. V. 23. № 26. P. 12849–12856. https://doi.org/10.1021/la7028559
- Alargova R.G., Danov K.D., Petkov J.T., Kralchevsky P.A., Broze G. Sphere-to-Rod Transition in the shape of anionic surfactant micelles determined by surface tension measurements // Langmuir. 1997. V. 13. № 21. P. 5544–5551. https://doi.org/10.1021/la970399d
- Yavrukova V.I., Radulova G.M., Danov K.D., Kralchevsky P.A., Xu H., Ung Y.W., Petkov J.T. Rheology of mixed solutions of sulfonated methyl esters and betaine in relation to the growth of giant micelles and shampoo applications // Adv. Colloid Interface Sci. 2020. V. 275. P. 102062. https://doi.org/10.1016/j.cis.2019.102062
- Raghavan S.R., Edlund H., Kaler E.W. Cloud-point phenomena in wormlike micellar systems containing cationic surfactant and salt // Langmuir. 2002. V. 18. № 4. P. 1056–1064. https://doi.org/10.1021/la011148e
- Nagarajan R. Molecular packing parameter and surfactant self-assembly: The neglected role of the surfactant tail // Langmuir. 2002. V. 18. № 1. P. 31–38. https://doi.org/10.1021/la010831y
- Khatory A., Kern F., Lequeux F., Appell J., Porte G., Morie N., Ott A., Urbach W. Entangled versus multiconnected network of wormlike micelles // Langmuir. 1993. V. 9. № 4. P. 933–939. https://doi.org/10.1021/la00028a010
- Ghosh S., Khatua D., Dey J. Interaction between zwitterionic and anionic surfactants: Spontaneous formation of zwitanionic vesicles // Langmuir. 2011. V. 27. № 9. P. 5184–5192. https://doi.org/10.1021/la1040147
- Kamenka N., Chorro M., Talmon Y., Zana R. Study of mixed aggregates in aqueous solutions of sodium dodecyl sulfate and dodecyltrimethylammonium bromide // Colloids and Surfaces. 1992. V. 67. P. 213–222. https://doi.org/10.1016/0166-6622(92)80300-Q
- McCoy T.M., King J.P., Moore J.E., Kelleppan V.T., Sokolova A.V., de Campo L., Manohar M., Darwish T.A., Tabor R.F. The effects of small molecule organic additives on the self-assembly and rheology of betaine wormlike micellar fluids // J. Colloid Interface Sci. 2019. V. 534. P. 518–532. https://doi.org/10.1016/j.jcis.2018.09.046
- Molchanov V.S., Efremova M.A., Orekhov A.S., Arkharova N.A., Rogachev A.V., Philippova O.E. Soft nanocomposites based on nanoclay particles and mixed wormlike micelles of surfactants // J. Mol. Liq. 2020. V. 314. P. 113684. https://doi.org/10.1016/j.molliq.2020.113684
- Chevalier Y., Melis F., Dalbiez J.P. Structure of zwitterionic surfactant micelles: Micellar size and intermicellar interactions // J. Phys. Chem. 1992. V. 96. № 21. P. 8614–8619. https://doi.org/10.1021/j100200a074
- Hoffmann H., Rauscher A., Gradzielski M., Schulz S.F. Influence of ionic surfactants on the viscoelastic properties of zwitterionic surfactant solutions // Langmuir. 1992. V. 8. № 9. P. 2140–2146. https://doi.org/10.1021/la00045a013
- Shibaev A.V., Tamm M.V., Molchanov V.S., Rogachev A.V, Kuklin A.I., Dormidontova E.E., Philippova O.E. How a viscoelastic solution of wormlike micelles transforms into a microemulsion upon absorption of hydrocarbon: New insight // Langmuir. 2014. V. 30. № 13. P. 3705–3714. https://doi.org/10.1021/la500484e
- Kwiatkowski A.L., Sharma H., Molchanov V.S., Orekhov A.S., Vasiliev A.L., Dormidontova E.E., Philippova O.E. Wormlike surfactant micelles with embedded polymer chains // Macromolecules. 2017. V. 50. № 18. P. 7299–7308. https://doi.org/10.1021/acs.macromol.7b01500
- Shibaev A.V., Ospennikov A.S., Kuznetsova E.K., Kuklin A.I., Aliev T.M., Novikov V.V., Philippova O.E. Universal character of breaking of wormlike surfactant micelles by additives of different hydrophobicity // Nanomaterials. 2022. V. 12. № 24. P. 4445. https://doi.org/10.3390/nano12244445
- Cates M.E., Candau S.J. Statics and dynamics of worm-like surfactant micelles // J. Phys. Condens. Matter. 1990. V. 2. № 33. P. 6869. https://doi.org/10.1088/0953-8984/2/33/001
- Molchanov V.S., Kuklin A.I., Orekhov A.S., Arkharova N.A., Philippova O.E. Temporally persistent networks of long-lived mixed wormlike micelles of zwitterionic and anionic surfactants // J. Mol. Liq. 2021. V. 342. P. 116955. https://doi.org/10.1016/j.molliq.2021.116955
- Oelschlaeger C., Schopferer M., Scheffold F., Willenbacher N. Linear-to-branched micelles transition: A rheometry and diffusing wave spectroscopy (DWS) study // Langmuir. 2009. V. 25. № 2. P. 716–723. https://doi.org/10.1021/la802323x
- Couillet I., Hughes T., Maitland G., Candau S.J. Growth and scission energy of wormlike micelles formed by a cationic surfactant with long unsaturated tails // Langmuir. 2004. V. 20. № 22. P. 9541–9550. https://doi.org/10.1021/la49046m
- Lu H., Wang L., Huang Z. Unusual pH-responsive fluid based on a simple tertiary amine surfactant: The formation of vesicles and wormlike micelles // RSC Adv. 2014. V. 4. № 93. P. 51519–51527. https://doi.org/10.1039/c4ra08004a
- Dreiss C.A. Wormlike micelles: Where do we stand? Recent developments, linear rheology and scattering techniques // Soft Matter. 2007. V. 3. № 8. P. 956–970. https://doi.org/10.1039/b705775j
- Christov N.C., Denkov N.D., Kralchevsky P.A., Ananthapadmanabhan K.P., Lips A. Synergistic sphere-to-rod micelle transition in mixed solutions of sodium dodecyl sulfate and cocoamidopropyl betaine // Langmuir. 2004. V. 20. № 3. P. 565–571. https://doi.org/10.1021/la035717p
- Rózańska S. Rheology of wormlike micelles in mixed solutions of cocoamidopropyl betaine and sodium dodecylbenzenesulfonate // Colloids Surfaces A Physicochem. Eng. Asp. 2015. V. 482. P. 394–402. https://doi.org/10.1016/j.colsurfa.2015.06.045
- Qiao Y., Lin Y., Wang Y., Li Z., Huang J. Metal-driven viscoelastic wormlike micelle in anionic/zwitterionic surfactant systems and template-directed synthesis of dendritic silver nanostructures // Langmuir. 2011. V. 27. № 5. P. 1718–1723. https://doi.org/10.1021/la104447d