1实验部分

1.1试剂与仪器

全氟丁基磺酰氟（w=96%）、3-二甲胺-1-丙胺（w=99%）、溴乙酸（w≥98%）、2-溴乙基磺酸（w≥95%）、2-溴乙基膦酸（w=95%）、己烷磺酸钠（w=98%），上海麦克林生化科技有限公司；三乙胺（w=98%）、二氯甲烷（w=99.5%）、无水乙醇（w=99.5%）、环己烷（w=99.5%），成都金山化学试剂有限公司；航空煤油、95#汽油，中国航空油料集团有限公司。所有的水溶液均采用去离子水进行配制。

A601全自动表面张力仪，芬兰Kibron公司；JPM2012A全自动泡沫分析仪，上海中晨数字技术设备有限公司。

1.2实验方法

1.2.1甜菜碱短链氟碳表面活性剂的制备

分别接枝羧基、磺酸基、膦酸基的三种短链氟碳表面活性剂进行制备，所得三种甜菜碱氟碳表面活性剂的分子式分别为C4F9SO2NH（CH2）3N+（CH3）2CH2COO-、C4F9SO2NH（CH2）3N+（CH3）2CH2CH2SO3-和C4F9SO2NH（CH2）3N+（CH3）2CH2CH2PO（OH）O-（分别记为C4-Ac、C4-sa和C4-pa），制备方程式如图1所示。整个合成过程采用两步法，第一步以二氯甲烷作溶剂，将三乙胺和3-二甲胺-1-丙胺以1∶1的摩尔比在充满氮气的圆底烧瓶中混合均匀。然后在冰浴条件下缓慢滴加全氟丁基磺酰氟，用量为3-二甲胺-1-丙胺的0.85倍。滴加结束后，将反应溶液在25℃下继续搅拌6 h。得到白色固体沉淀为中间体C4F9SO2NH（CH2）3N（CH3）2。第二步，将分离的中间体在氮气气氛中加入烧瓶中，加入无水乙醇和氢氧化钠。在回流条件下将1.5倍于中间体摩尔量的溴乙酸（2-溴乙基磺酸或2-溴乙基膦酸）缓慢滴加到反应溶液中，最终目标产物在冰乙醚中重结晶分离。

图1甜菜碱短链氟碳表面活性剂C4F9SO2NH（CH2）3N+（CH3）2-R-的合成流程图（其中R分别为CH2COO,CH2CH2SO3,CH2CH2P（OH）O2）

1.2.2表面张力测定实验

表面活性剂溶液与空气之间的表面张力由表面张力仪通过铂金板法测定。基于三种氟碳表面活性剂的单一体系（C4-Ac、C4-sa、C4-pa），配制了一系列不同浓度（0.3~10 mmol/L）的表面活性剂溶液。分别测定不同浓度的各氟碳表面活性剂溶液在0，20和40℃下的表面张力，再通过作图计算得到不同温度下的临界胶束浓度（cmc）。

1.2.3铺展能力实验

表面活性剂溶液与燃油之间的界面张力由表面张力仪通过铂金板法测定，进而确定各铺展体系的铺展系数。为进一步测定表面活性剂在燃油表面的铺展性能，参照文献[24]方法在矩形长条状的不锈钢槽中研究了氟碳表面活性剂溶液在几种燃油上的铺展能力。将航空煤油、环己烷和95#汽油分别加入实验室自制铺展槽内，然后用微量移液枪移取定量的表面活性剂溶液，从不锈钢铺展槽的一端缓慢均匀地滴加到燃料表面。从第一滴表面活性剂溶液覆盖在燃油上至铺展至某处的时间记为铺展时间，从接触燃油表面的位置开始，溶液在表面铺展的距离记为铺展长度。

1.2.4发泡倍数和析液时间测定实验

利用全自动泡沫分析仪测定了各表面活性剂溶液的发泡倍数和25%析液时间。将浓度在cmc时各表面活性剂溶液取10 mL转移至全自动泡沫分析仪的专用量筒中，通过量筒底部的多孔筛网通入空气进行发泡，发泡1 min后记录发泡倍数，并测量从完全发泡至泡沫开始破裂析出25%质量分数的溶液所需时间，记为25%析液时间。