Насыщенные мицеллярные растворы

При рассмотрении разнообразных мицеллярных растворов естественно возникают два вопроса: какова предельная концентрация, при которой ПАВ существует в мицеллярной форме, и что происходит со структурой агрегатов при насыщении? Обсудим сначала второй вопрос, а к первому вернемся позже.

Превращение сферических мицелл в стержнеобразные может происходить по двум механизмам. В первом случае внутренняя движущая сила заставляет формироваться большие агрегаты с другой геометрией, поэтому мицеллы могут расти даже при низкой концентрации ПАВ. Во втором случае рост мицелл индуцируется межмицеллярным отталкиванием, что приводит к оптимальной упаковке мицелл. Этот процесс происходит при достаточно высоких концентрациях ПАВ, когда мицеллы могут контактировать друг с другом. Часто наблюдается комбинация обоих механизмов.

При большой плотности мицелл возможен также переход в упорядоченную фазу: твердую или, чаще, жидкокристаллическую. Далее мы обсудим

• образующиеся структуры,

• фазовые диаграммы бинарных смесей ПАВ-вода.

Общепринятых обозначений различных фаз, образующихся в системах ПАВ, не существует, поэтому в табл. приводятся наиболее распространенные символы, принятые для жидкокристаллических фаз.

Структуры жидкокристаллических фаз

Мицеллярная кубическая фаза

Как видно из рис., такая фаза возникает при регулярной упаковке небольших мицелл, которые сохраняют свойства, присущие мицеллам в растворе. По форме мицеллы представляют собой не сферы, а скорее короткие вытянутые эллипсоиды с соотношением осей 1: 2, что обеспечивает более плотную их упаковку. Это чрезвычайно вязкая фаза.

Гексагональная фаза

Эта фаза построена из бесконечно длинных цилиндрических мицелл, образующих гексагональную упаковку: каждая мицелла окружена шестью другими мицеллами. Радиус поперечного сечения близок к длине молекулы ПАВ.

Кубическая фаза, образованная из дискретных мицелл

Схематические изображения анизотропных жидкокристаллических фаз

Гексагональная фаза

Ламелярная фаза

Эта фаза построена из бислоев молекул ПАВ, чередующихся со слоями воды. Толщина бислоя немного меньше удвоенной длины молекулы ПАВ. Толщина слоя воды зависит от природы ПАВ и может варьироваться в широких пределах. Бислои ПАВ могут быть как жесткими и плоскими, так и очень гибкими и неровными.

Биконтинуальные кубические фазы

Таких структур может быть очень много. В них молекулы ПАВ образуют агрегаты, заполняющие пространство с формированием трехмерных пористых связных структур. Можно рассматривать такие структуры как образованные из связанных стержнеобразных мицелл, подобных разветвленным мицеллам, или из бислойных структур.