氨基酸型表面活性剂月桂酰基谷氨酸钠的pH响应性及泡沫性质研究

摘要

表面活性剂作为重要的化工产品，在许多工业领域中有广泛应用，社会需求量一直在不断增加。表面活性剂的应用为满足人们对生产和生活的需求带来重大贡献，但同时因其大量使用后随废水废渣排放到水体和土壤中，带来的环境问题也越来越严重，因此近年来低毒易降解的绿色表面活性剂的开发和应用引起人们的关注。氨基酸型表面活性剂不仅具有良好的易降解性、抗菌性、安全性，而且由于它特殊的结构决定了其作为两性表面活性剂具有水溶性好、抗盐性强以及具有pH响应性有许多优良的性质，因此具有很好的应用前景。目前对氨基酸型表面活性剂的研究主要集中在体相性质，关于其界面性质的研究报道较少，特别是对于氨基酸型表面活性剂泡沫性质的研究报道很少。本文考察了氨基酸表面活性剂桂酰基谷氨酸钠的界面性质以及体相性质对pH的响应性，重点研究了其泡沫性质随环境条件的变化，并探讨了相关机理，还考察了其与甲基纤维素、海藻酸钠等水溶性聚合物以及阳离子表面活性剂等组成的复合体系的泡沫性质，探讨了相互作用机制，取得理论认识对氨基酸型表面活性剂在日化和工业领域的应用具有指导意义。
　　本论文主要分为三个部分:
　　第一部分通过测定pH滴定曲线，结合表面张力、红外光谱、体相流变和扫描电子显微镜等手段，探讨了月桂酰基谷氨酸钠(LGS)的分子结构随着pH的变化，以及pH对其界面性质和体相性质的影响规律。实验结果表明，在中性条件下，不同质子化程度的表面活性剂分子共存，并且产生加和增效作用，分子在气液界面上紧密排列，有效地降低表面张力;随着pH降低，月桂酰基谷氨酸钠分子质子化程度增大，在溶液中可形成凝胶，并且随着pH的降低，凝胶强度升高。pH进一步降低，月桂酰基谷氨酸钠质子化程度显著升高，Krafft点升高，溶解性显著下降。
　　第二部分考察了月桂酰基谷氨酸钠(LGS)溶液在不同温度和pH条件下的泡沫性质。采用泡沫扫描仪器测定了其起泡性、泡沫稳定性、泡沫的携液、析液等性质，并结合实验和分子模拟方法探讨了不同pH下月桂酰基谷氨酸钠的稳泡机制。研究结果表明，在碱性以及中性pH条件下，由于不同质子化程度的表面活性剂分子之间的相互作用，分子在界面上紧密排列，使气体扩散穿过液膜速度降低，因此气泡的奥氏熟化速度降低，泡沫间聚并速度降低，有利于泡沫的稳定;在酸性pH下，溶液中有弱凝胶形成，泡沫的起泡能力降低，而泡沫液膜的稳定性得到极大的增强;而当pH进一步降低，溶液中凝胶强度增大，形成的泡沫尺寸分布不均匀，并且泡沫液膜在有凝胶形成的过程中容易发生破裂，不利于泡沫稳定。
　　第三部分探讨了月桂酰基谷氨酸钠与甲基纤维素、海藻酸钠等聚合物形成的复合体系以及与阳离子表面活性剂复配体系的泡沫性质。研究结果表明，聚合物对泡沫性质的影响与其自身的结构和性质相关，并且受pH等条件影响。如在不同pH条件下，甲基纤维素对月桂酰基谷氨酸钠泡沫性质的影响不同。本部分采用泡沫扫描、动态表面张力和界面扩张流变测定等方法，探究了聚合物对泡沫的影响以及作用机理。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 氨基酸型表面活性剂

1．2．1 氨基酸型表面活性剂的分类

1．2．2 氨基酸型表面活性剂的应用

1．3 表面活性剂稳定的水基泡沫

1．3．1 水基泡沫的形成

1．3．2 泡沫稳定性的影响因素

1．3．3 聚合物对泡沫稳定性的影响

1．3．4 具有刺激响应性的可控泡沫

1．4 小分子凝胶

1．4．1 凝胶的定义和分类

1．4．2 小分子凝胶的形成过程

1．4．3 小分子凝胶的特性和应用

1．5 本论文研究的目的和意义

第二章 研究方法

2．1 泡沫稳定性

2．2 起泡能力

2．2．1 摇床法

2．2．2 搅拌法

2．2 红外光谱

2．3 静态表面张力

2．4 流变仪

2．5 透射电子显微镜

2．6 油水界面张力

2．7 pH的测定

2．8 分子动力学模拟

2．9 动态表面张力

2．10 界面扩张流变

第三章 月桂酰基谷氨酸钠性质对pH的响应性

3．1 月桂酰基谷氨酸钠的基本性质

3．1．1 试剂

3．1．2 实验方法

3．2 pH对月桂酰基谷氨酸钠分子状态和表面活性的影响

3．3 pH和温度对月桂酰基谷氨酸钠体相缔合行为的影响

3．2．1 pH对凝胶形成和强度的影响

3．2．2 温度对凝胶形成和强度的影响

本章小结

第四章 月桂酰基谷氨酸钠的泡沫性质

4．1 浓度对月桂酰基谷氨酸钠泡沫性质的影响

4．2 pH对月桂酰基谷氨酸钠溶液起泡能力的影响

4．3 pH和温度对泡沫稳定性的影响规律及机制

4．3．1 月桂酰基谷氨酸钠泡沫稳定性随温度、pH的变化

4．3．2 溶液中无凝胶形成时月桂酰基谷氨酸钠的稳泡机理

4．3．3 溶液有凝胶形成时月桂酰基谷氨酸钠的稳泡机理

4．4 对温度响应的月桂酰基谷氨酸钠泡沫

本章小结

第五章 基于月桂酰基谷氨酸钠的二元复合体系的泡沫性质

5．1 聚合物对月桂酰基谷氨酸钠起泡能力的影响

5．2 甲基纤维素对月桂酰基谷氨酸钠泡沫稳定性的影响

5．2．1 pH=10．0时，甲基纤维素和月桂酰基谷氨酸钠复合体系的泡沫性质

5．2．2 pH=7．0时，甲基纤维素和月桂酰基谷氨酸钠复合体系的泡沫性质

5．2．3 pH=6．0时，甲基纤维素和月桂酰基谷氨酸钠复合体系的泡沫性质

5．3 海藻酸钠对月桂酰基谷氨酸钠泡沫稳定性的影响

5．4 月桂酰基谷氨酸钠与阳离子型表面活性剂复配体系的泡沫性质

本章小结

参考文献

论文总结

致谢

攻读硕士期间的研究成果