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酯官能化酰胺型双子表面活性剂的制备与性能研究

来源:陆小豪 浏览 90 次 发布时间:2022-12-15

【摘要】:双子表面活性剂因其分子结构中双亲水基、双疏水链和联结基的存在,相比传统的单头单尾表面活性剂具有更加优异的表面化学性能、聚集性能及相关应用性能,同时可以通过更加多端的结构变化来丰富表面活性剂的种类,因而具有更大的发展潜力。在双子表面活性剂的结构中引入酯基和酰胺基团等易分解的极性功能基团,能使其在保持高表面活性的基础上显示出良好的温和性和安全环保性,符合当下产业绿色高效发展的核心理念,对拓展表面活性剂的种类和应用前景具有重要意义。


本论文基于此制备了分子结构中同时含有酯基和酰胺基团的季铵盐类双子表面活性剂,并研究了其相关性能。主要研究内容和所得结论如下:以溴乙酸、乙二醇、脂肪酸和N,N-二甲基-1,3-二氨基丙烷为主要原料,通过三步反应制备了一系列疏水链长度不同的酯官能化酰胺型双子表面活性剂C_n-(BAE)-C_n(n=12、14、16)。通过浊度法测得C_n-(BAE)-C_n的Krafft点小于0°C。采用表面张力法、电导率法和微极性法测定了C_n-(BAE)-C_n在25°C下的临界胶束浓度(cmc),都显示出cmc随疏水链长度的增加而增大的变化规律。根据电导率的测定结果,由热力学公式计算得到胶束化过程的相关热力学参数,确定C_n-(BAE)-C_n水溶液的胶束化过程是以疏水链之间的相互作用为主要驱动力,且升高温度会阻碍体系的胶束化。


通过稳态荧光猝灭法测定了C_n-(BAE)-C_n在水溶液中的胶束聚集数,发现其呈现出随疏水链增长而减小的变化趋势,结合动态激光光散射法所测C_n-(BAE)-C_n的平均流体力学半径的结果,可以判断低浓度下的C_n-(BAE)-C_n在体相聚集主要形成球状胶束。利用流变仪测定了C_n-(BAE)-C_n水溶液的流变性质,发现C_(12)-(BAE)-C_(12)主要呈现牛顿流体行为,C_(14)-(BAE)-C_(14)和C_(16)-(BAE)-C_(16)分别在150 mmol·L~(-1)和75 mmol·L~(-1)时形成蠕虫胶束,此时体系出现剪切稀释现象,零剪切黏度曲线的变化表明C_n-(BAE)-C_n水溶液体系的黏度随疏水链长度的增加而上升。此外,在C_(16)-(BAE)-C_(16)水溶液加入无机盐NaBr后,一定程度上促进了其体系中蠕虫胶束的形成。相关应用性能的测定结果表明C_n-(BAE)-C_n具有良好的乳化、泡沫和抗静电性能。


通过表面张力法研究了C_n-(BAE)-C_n与非离子聚合物聚乙烯吡咯烷酮(PVP)之间的相互作用情况,发现它们之间不存在明显的相互作用。通过表面张力法、微极性法和浊度法研究了C_(12)-(BAE)-C_(12)与聚电解质聚丙烯酸钠(NaPAA)之间的相互作用情况,结果显示它们之间存在强相互作用,C_(12)-(BAE)-C_(12)和NaPAA分子之间通过静电吸引在体相结合形成聚集体,表面张力和微极性曲线上都出现双平台。另外,无机盐NaBr对C_(12)-(BAE)-C_(12)和NaPAA之间的相互作用存在促进和抑制两种相反的效应,且与NaBr本身的浓度相关。