松香环氧氯丙烷衍生双子表面活性剂的合成及表面性能

摘要

传统表面活性剂因其对石油的依赖及对环境的污染而倍受诟病,研究和开发可再生、环境友好和节能高效的表面活性剂是人们的希望所在。本文以广西丰富的林产资源松香为基础原料,合成了松香基阳离子季铵盐型双子(Gemini)表面活性剂二溴化-N,N’-二(3-松香酰氧-2-羟丙基)二羟乙基二甲基丁二铵(DDDBD),优化了其合成工艺,表征了其表面活性。该表面活性剂是以松香环氧氯丙烷为疏水链的对称Gemini型双季铵盐阳离子表面活性剂,此种表面活性剂含有两个亲水的季铵盐基团、两个疏水的松香环氧氯丙烷衍生物基团。其合成过程分为三步反应,如下所示：第一步:以四丁基溴化铵为催化剂,利用松香中的羧基与环氧氯丙烷进行加成酯化反应制备3-松香酰氧-2-羟丙基氯(ROCH)。研究结果表明,该反应的最佳工艺条件是松香与环氧氯丙烷的摩尔比为1:2,加入体系质量1％-1.5％的催化剂,在80℃下反应4h,酯化率可达99％。第二步:在NaHCO3存在的条件下,利用甲基单乙醇胺的碱性与3-松香酰氧-2-羟丙基氯发生亲核取代反应生成另一中间体松香基叔胺N-甲基-N-羟乙基-3-松香酰氧-2-羟丙基胺(MHRHA)。研究结果发现,该反应的最佳工艺条件是ROCH与甲基单乙醇胺(MMEA)的摩尔比为1:1.6,在85℃下反应4h。第三步:利用MHRHA的亲核性与1,4-二溴丁烷按照SN2反应在N上引入烷基,即发生胺的烷基化反应生成阳离子季铵盐型双子(Gemini)表面活性剂二溴化-N,N’-二(3-松香酰氧-2-羟丙基)二羟乙基二甲基丁二铵(DDDBD)。研究结果发现,该反应的最佳工艺条件是MHRHA与1,4-二溴丁烷的摩尔比为2.3:1,在80℃下回流50h,产物含量可达90％。
　　 本文采用IR光谱、核磁分析手段对产物进行了结构确认；通过电导率、表面张力等手段研究了表面活性剂DDDBD的表面性质；利用综合热分析仪、流变仪对产物进行热稳定性和流变性能的测试。经测定,常温下该产物可降低水的表面张力达28.71mN／m,临界胶束浓度为5×10-5mol／L,Krafft点为46℃,泡沫力为174mm,泡沫稳定性为75mm,乳化力为73min,HLB为36.76,最大分解温度为312℃。说明合成的该Gemini表面活性剂具有较好的表面活性,更易吸附在气＼液表面上、更有效的降低表面张力,更易聚集生成胶团且具有较好的热稳定性和较高的纯度。实验还考查了温度对电导率和表面张力的影响情况,并采用电导法考察表面活性剂在水溶液中的胶团化行为,包含胶团化的温度效应以及焓／熵补偿现象,总结出该表面活性剂的水溶液的胶团化过程为熵驱动。