衣康酸酯磺酸盐型Gemini表面活性剂的合成及性能研究

摘要

本文采用衣康酸酐、亚硫酸氢钠、长链醇（如：月桂醇、十四醇、十六醇、十八醇）及1,4-丁二醇为原料，依次经单酯化—磺化—双酯化的反应路线，合成了4种新型的磺酸盐型Gemini表面活性剂（Gemini-12、Gemini-14、Gemini-16和Gemini-18）。采用正交试验法确定了Gemini-12的最佳合成工艺条件，较佳工艺条件如下：单酯化反应衣康酸酐与月桂醇的摩尔比1.05：1.00，反应温度70℃，反应时间3.0h；磺化反应温度90℃，衣康酸单月桂醇酯与NaHSO3的摩尔比为1.00：1.25，反应时间4.0h，体系的固含量为40％；双酯化反应温度150℃，反应时间6.0h，衣康酸单月桂醇酯磺酸钠与1,4-丁二醇的摩尔比为2.30：1.00，催化剂用量为物料总量的1.0%（质量百分数）。在此基础上合成了目标产物Gemini-14，Gemini-16和Gemini-18。对合成的中间体和目标产物用红外光谱和核磁共振氢谱对其结构进行了表征，通过谱图分析，确定所制备最终产物为目标产品。
　　在结构确认的基础上，对所合成的衣康酸酯磺酸盐型Gemini表面活性剂的物化性能进行了系统研究。结果表明，与传统的磺酸盐型表面活性剂相比，所合成的4种Gemini表面活性剂均具有较低的表面张力、临界胶束浓度(CMC)和Krafft点，较大的表面过剩吸附量(ΓCMC)，较小的极限分子面积(ACMC)，优异的润湿性能和良好的泡沫、乳化和钙皂分散能力。其中Gemini-12的最低表面张力γCMC对应于28.615mN/m，Gemini-18的CMC值对应于3.311×10-4mol/L。
　　系统考察了添加剂无机盐对所合成的Gemini表面活性剂CMC的影响，通过改变无机盐中阳离子的浓度、阳离子的价态、以及阴离子的种类等参数探讨了它们对Gemini-n临界胶束浓度的影响。结果表明，随着NaCl浓度的增加，Gemini-12的CMC值不断降低；当加入相同浓度的NaCl、ZnCl2、AlCl3时，CMC值均比未加入无机盐时有所减小，降低CMC值效能的顺序为Zn2+>Al3+>Na+；当加入相同浓度的NaF、NaCl、NaBr无机盐添加剂时，Gemini-n的临界胶束浓度有所减小，但影响不是十分明显。
　　为了进一步提高Gemini表面活性剂的性能，将合成的衣康酸酯磺酸盐型Gemini-n系列表面活性剂与传统非离子表面活性剂NP-10进行复配，研究其复配体系的表面张力和临界胶束浓度。结果表明：Gemini-n与NP-10复配后具有更高的表面活性，特别是Gemini-18复配体系CMC值显著降低，达到1.95×10-5mol/L。这说明Gemini-n与NP-10之间具有良好的协同作用。

目录

前言

1 文献综述

1.1 Gemini表面活性剂的发展

1.2 Gemini表面活性剂的结构

1.3 Gemini表面活性剂的分类

1.4 Gemini表面活性剂的性能

1.5 Gemini表面活性剂的合成原理

1.6 磺酸盐型Gemini表面活性剂的合成进展

1.7 Gemini表面活性剂的应用

1.8 论文研究内容、研究意义、及创新点

2 衣康酸酯磺酸盐型Gemini表面活性剂的合成及结构表征

2.1 实验部分

2.2 结果与讨论

2.3 本章小节

3 衣康酸酯磺酸盐Gemini表面活性剂的性能测试

3.1 实验部分

3.2 结果与讨论

3.3 本章小结

4 无机盐对Gemini-n的临界胶束浓度的影响

4.1 实验部分

4.2 结果与讨论

4.3 本章小结

5 Gemini-n与NP-10的复配体系协同作用研究

5.1 实验部分

5.2 结果与讨论

5.3 本章小结

6 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

参考文献

附录

致谢

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