关键词：
表面活性剂
脂肪胺
表面张力
电导率
聚集行为
摘要：
两性型的表面活性剂会对界面性能产生影响,在不同的领域适用性好,用途广泛,对环境相对友好,具有许多优良特性。本文以不同碳原子数的脂肪胺、丙烯酰胺等原料制备了一系列表面活性剂(b1、b2、b3、b4),分子结构中均含有酰胺基团,该系列表面活性剂类型是两性型的。以椰油酰基丙基二甲基叔胺(PKO)、磷酸二氢钠、环氧氯丙烷(ECH)等原料制备了表面活性剂b5,类型为两性型,分子结构中含酰胺基团。对合成的b1～b5产物的结构、表面化学性质、聚集行为及它们的性能进行实验探讨。用十八胺(C18H37NH2)、十六胺(C16H33NH2)、十四胺(C14H29NH2)、十二胺(C12H25NH2)分别与丙烯酰胺(CH2=CHCONH2)进行第一步合成反应,在70℃的条件下反应3 h,得到产物a1～a4;调温至75℃,分别向a1～a4中加入氯乙酸钠溶液,经5 h后,获得产物b1～b4。利用铁氰化钾法确定了在该反应条件下各产物的产率,经测定,b1的产率为68.80%,b2的产率为69.41%,b3的产率为59.35%,b4的产率可达到80.11%。产物a1除去溶剂后用乙醇重结晶提纯,产物b1除去溶剂后用石油醚重结晶提纯,产物a2～a4与产物b2～b4除去溶剂后分别用乙酸乙酯重结晶提纯,提纯后的各产物采用FTIR和1H NMR技术进行结构表征,经分析得出的实验数据与产品预期结果一致。利用吊环法测定了b1～b4的表面张力,在298.15 K下,b1的临界胶束浓度(CMC)为4.93×10-5 mol·L-1,此时的表面张力(γ)为41.4 mN·m-1;产物b2的CMC 为9.75×10-5 mol.L-1,此时的 γ 为 35.6 mN·m-1;产物 b3 的 CMC 为 1.05×104 mol.L-1,此时的γ为 31.1mN·m-1;产物 b4 的 CMC 为 2.75×104mol·L-1,此时的γ为30.7 mN.m-1。由电导率(κ-c)曲线可知,产物b1～b4的-c曲线拐点不是特别明显,由摩尔电导率(∧-c1/2)曲线可知,∧-c1/2曲线有极大值,并且极大值点在CMC前出现,说明b1～b4在溶液中的浓度达到CMC之前会形成自聚体,即发生预胶束化现象。对产物b1～b4的热力学函数进行了计算分析,结果表明该产物形成胶束的过程是自发进行的,整体呈现出放热现象,是熵主导的。由表观活化能-浓度(Ea-c)曲线图可知,由于预胶束化现象,曲线在最低点处对应的浓度应是预胶束形成的浓度,CMC出现在最低点的右侧附近。通过动态光散射技术(DLS)分析了各体系中粒径分布的情况,根据该分析推测b1-b4体系在不同浓度下的聚集行为,发现各体系在不同浓度下的胶束、囊泡和海绵状聚集体的分布具有一定的规律性。通过分水实验及泡沫实验分析了b1～b4体系中不同的疏水碳链长度对产物的乳化性能及泡沫性能产生的影响。通过对产物b1进行乳化和拌和实验可知,产物b1的类型是快裂型。在85℃下,将环氧氯丙烷滴入盛有磷酸二氢钠的三口烧瓶中,反应7.5 h,合成中间体a5。用异丙醇将椰油酰基丙基二甲基叔胺(PKO)溶解,保持75℃,加入中间体a5,反应5 h,得到产物b5。用控制变量法优化了合成反应第二步的反应条件,最佳反应条件为n=1.50(n=nEcH/nPKO),T=75 ℃,t=5h,此时用铁氰化钾法测定的产率最高可达到86.50%。a5除去溶剂后用甲醇进行重结晶提纯,b5除去溶剂后用乙酸乙酯进行重结晶提纯,提纯后采用FTIR和1HNMR进行结构表征,经分析得出的实验数据与产品预期结果一致。用吊环法进行测定分析b5的表面张力,在298.15 K下,产物b5的CMC为5.26×10-7mol.L-1,此时的γ为32.13 mN·m-1。由κ-c曲线及A-c1/2曲线对比可知,产物b5的CMC在κ-c曲线与A-c1/2曲线上完全一致,说明b5无预胶束化现象。对产物b5的热力学函数进行了计算分析,结果表明该产物形成胶束的过程是自发进行的,整体呈现出放热现象,是熵主导的。由Ea-c曲线图可知,曲线最低点对应的是CMC。通过DLS测定了体系中胶束粒径的情况,根据粒径分布推测b5体系在不同浓度下的聚集行为,发现b5体系在不同浓度下的胶束、囊泡和海绵状聚集体的分布具有一定的规律性。由分水实验知,分出10 mL水时,b5体系消耗时间为330 s,说明它的乳化性能好。通过泡沫实验可知,b5体系初始泡沫高度可达到58个单位,5 min后仍可达到55个单位,说明b5的起泡性和稳泡性好。通过对b5进行乳化和拌和实验可知,产物b5的类型是快裂型。
