[发明专利]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

说明书

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°。