可聚合聚氨酯型表面活性剂的制备及其性能

以甲苯二异氰酸酯(TD I)、马来酸酐(MA)、聚乙二醇(PEG400和PEG1000)和三乙胺为主要原料,合成了两种兼有非离子和阴离子性能的可聚合聚氨酯型表面活性剂Ⅰ和Ⅱ,用FT-IR以及1HNMR对产物的分子结构进行了表征,同时对其CMC值、流变特征、浊点和乳化能力等性能进行了测定。结果表明,I的临界胶束浓度为8.3×10-3mol/L,此时的表面张力为38.67 mN/m,Ⅱ的临界胶束浓度为2.11×10-2mol/L,此时的表面张力为31.29 mN/m,溶液表现为牛顿型流体,其乳化能力明显优于常用乳化剂OP-10。     

羧酸盐型Gemini表面活性剂的合成及表征

以脂肪胺、三聚氯氰、二乙醇胺、丁二酸酐为原料,三步法合成了2种表面活性剂,用1 HNMR、ESI-MS、IR对产物进行了表征,并用吊片法考察了目标产物水溶液的表面活性。实验结果表明,目标产物具有较好的表面活性,25℃时DXC6A和DXC8A的最低表面张力(γCMC)分别为31.85mN/m和28.76mN/m,临界胶束浓度(CMC)分别为2.32×10-4 mol/L和1.41×10-5 mol/L,表面活性优于传统表面活性剂十二烷基硫酸钠(SDS)。     

双磷酸酯表面活性剂的合成与性能

以三氯氧磷、二元醇(酚)、正十二醇为原料,合成了4种双十二烷基双磷酸酯(HDP,DGDP,BDP,PDP)。产物经无水乙醇重结晶提纯后,通过IR、1HNMR、质谱和电位滴定进行了结构表征。25℃时,它们的电离常数分别为:2.76×10-5mol/L(HDP),3.940×10-4mol/L(DGDP),1.595×10-4mol/L(BDP),4.255×10-3mol/L(PDP)。20℃时,它们的临界胶束浓度分别为:3.5×10-4mol/L(HDP),9.0×10-4mol/L(DGDP),1.1×10-3mol/L(BDP),1.3×10-3mol/L(PDP);在临界胶束浓度处的表面张力分别为:30.38 mN/m(HDP),34.49 mN/m(DGDP),35.31 mN/m(BDP),36.14 mN/m(PDP)。差热分析表明,4种产物的分解温度分别为:231℃(BDP),251℃(HDP),227℃(PDP),249℃(DGDP);初熔温度分别为:87℃(BDP),80℃(HDP),97℃(PDP),72℃(DGDP)。     

脂肪酸单乙醇酰胺硫酸酯盐的物化性能

用滴体积法测定了纯化脂肪酸单乙醇酰胺硫酸酯盐(MSN)系列产品水溶液的表面张力,发现当MSN疏水基碳数(n)由10增至16时,其表面过剩浓度(Γm)由2.37×10-6mol/m2增至2.88×10-6mol/m2,临界表面张力(γCMC)由28.79 mN/m降至23.86 mN/m,降低表面张力20 mN/m所需浓度的负对数(pC20)由3.53升为5.54,临界胶束浓度(CMC)由1.40×10-3mol/L降为0.52×10-3mol/L。在所测定的温度(25℃)下,logCMC=-2.13-0.07n;在胶束化过程中,TΔS0m ic对ΔG0m ic的贡献比ΔH0m ic大,MSN胶束化的主要驱动力是熵变。     

对-烷基-苄基聚氧乙烯醚羧酸甜菜碱的合成与表面活性

以脂肪酸、苯、二缩三乙二醇为原料,经酰化反应、黄鸣龙还原反应、氯甲基化反应、威廉逊成醚反应、卤化反应、季铵化反应,合成出了3个对烷基苄基聚氧乙烯醚羧酸甜菜碱两性离子表面活性剂。用IR、1HNMR和ESI-MS对产物进行了结构鉴定。用Wilhelmy-plate法测定了30℃时它们在水溶液中的临界胶束浓度(CMC)和临界胶束浓度下的表面张力(γCMC)。实验表明,纯水溶液中表面活性剂的临界胶束浓度(CMC)为10-4～10-6mol/L,临界胶束浓度下的表面张力(γCMC)为27～30 mN/m;随着苯环上长链烷基碳数(n=8、10、12)的增加,CMC分别为1.12×10-4、1.51×10-5、6.21×10-6 mol/L;γCMC分别为27.9、28.4、29.9 mN/m。结果表明,该类表面活性剂具有比较好的表面活性。     

季铵盐双子表面活性剂的合成和表面活性

以吗啉和溴代烷为原料,合成了两种季铵盐双子表面活性剂(m-6-m,m=10,12),并用IR和1HNMR表征了其结构。测得28℃时,12-6-12和10-6-10的表面张力(γCMC)分别为26.45 mN/m和25.55 mN/m;临界胶束浓度(CMC)分别为1.0 mmol/L和3.1 mmol/L;pC20值分别为3.48和3.03;比表面过剩(Γmax)分别为2.72×10-6mol/m2和2.80×10-6mol/m2;分子最小截面积(Amin)分别为0.611 nm2和0.593 nm2。结果表明,该季铵盐双子表面活性剂与相同离子头基及烷基链的单季铵盐表面活性剂相比,CMC低一个数量级,γCMC相差不大。     

三联阴离子表面活性剂的合成及其表面化学性能

采用丙三醇、环氧氯丙烷、十二醇及氯磺酸为主要原料合成了三联阴离子表面活性剂Ⅲ-12S.采用元素分析、液相色谱和质谱对产物结构进行表征,通过表面张力的测定研究了其在不同温度和不同反离子浓度下的表面化学性质,并计算了其溶液的胶团化热力学函数.结果表明,表面活性剂Ⅲ-12S具有更低的临界胶团浓度(cmc)和降低表面张力的能力,40℃、c(NaCl)=0.20 mol/L时,最低表面张力(γcmc)和cmc分别为27.54 mN/m和4.898×10-5mol/L.其胶团化热力学函数表明其形成胶团的过程为熵驱动.     

N-烷基苯并三氮唑阳离子表面活性剂的合成及性能

以苯并三氮唑、不同链长的卤代烷烃、硫酸二甲酯为原料合成了几种N-烷基苯并三氮唑阳离子表面活性剂,通过IR1、HNMR对中间产物进行结构表征,并对最终产物进行定性分析。测定了所得产物的表面活性和发泡性能,结果表明,合成的N-丁基、辛基、十二烷基、十六烷基苯并三氮唑阳离子表面活性剂最低表面张力分别为:51.0 mN/m、36.5 mN/m、33.4 mN/m、35.4 mN/m;临界胶束浓度分别为:9.0×10-2mol/L、4.8×10-2mol/L、3.0×10-3mol/L、9.7×10-3mol/L。N-丁基、辛基、十二烷基苯并三氮唑阳离子表面活性剂最低表面张力随烷基链增长而降低,但N-十六烷基苯并三氮唑阳离子表面活性剂的最低表面张力却高于N-十二烷基苯并三氮唑阳离子表面活性剂的最低表面张力。合成的表面活性剂中,N-十二烷基苯并三氮唑阳离子表面活性剂的发泡性能最佳,而所有的泡沫稳定性均较差。     

2,3-双八氟戊烷氧基-1-硫酸丙酯钠的合成及表面性能

以八氟戊醇和2,3-二溴丙醇为原料,设计并合成了甘油醚类氟碳表面活性剂(2,3-双八氟戊烷氧基-1-硫酸丙酯钠,BOFPGS),通过FTIR、1HNMR、19FNMR以及MS等对中间产物(2,3-双八氟戊烷基-1-丙醇)和最终产物(BOFPGS)进行了结构表征。对BOFPGS进行了表面张力测试,结果表明,BOFPGS的临界胶束浓度(CMC)为4.16×10~(–3) mol/L,CMC对应的表面张力为22.70mN/m。将不同浓度的BOFPGS水溶液和相同体积的液体石蜡乳化后,析水率随着时间延长而增大,乳液在乳化30 min时趋于稳定。BOFPGS浓度低至0.8×10~(–3) mol/L时,其仍具有较好的乳化性能。利用噻唑蓝(MTT)法对该表面活性剂的细胞毒性进行测试,结果表明,BOFPGS在8.04×10~(–6)～1.60×10~(–4) mol/L浓度范围内无明显细胞毒性。     

季铵盐聚氧乙烯醚三硅氧烷表面活性剂的合成与界面性能

以烯丙基聚氧乙烯醚、环氧氯丙烷和氢氧化钠溶液为原料,采用两步法来合成烯丙基聚氧乙烯缩水甘油醚(APGE),然后在铂催化剂作用下,与1,1,1,3,5,5,5-七甲基三硅氧烷(MDHM)进行硅氢化加成反应制得聚氧乙烯基缩水甘油醚三硅氧烷(PGETS),最后将其与三甲胺盐酸盐进行开环反应合成出季铵盐聚氧乙烯醚三硅氧烷表面活性剂(QASPETSS)。用IR和1HNMR对目标产物的结构进行了表征,并通过测定该水溶液的平衡表面张力研究了其表面活性。结果表明,在临界胶束浓度为6.3×10-4mol/L时,可以将水的表面张力降至22.4 mN/m;饱和吸附量、饱和吸附层中每个QASPETSS分子所占的平均面积和形成胶束的标准自由能分别为3.6×10-6mol/m2、0.46 nm2和-28.2 kJ/mol。     

Synthesis and solution properties of novel nonionic functional polyurethane surfactants

A series of novel nonionic functional polyurethane surfactants were synthesized by the polycondensation of 2,4‐toluene diisocyanate with poly(propylene oxide) (weight‐average molecular weight = 400, 1000, or 2000) and monoallyl‐end‐capped poly(ethylene oxide). The chemical structure of the polyurethane surfactants was determined by Fourier transform infrared and ¹H‐NMR, and the effects of the concentration, salt, rest time, and temperature on the surface tension were investigated. These polymeric surfactants exhibited excellent surface activity. Sample III, which was synthesized with monoallyl‐end‐capped poly(ethylene oxide) (number‐average molecular weight = 1000), poly(propylene oxide) (number‐average molecular weight = 2000), and tolylene diisocyanate, could reduce the surface tension to 37.6 mN/m at a concentration of 0.06 mol/L at 25°C. All polyurethane surfactants synthesized in this study had low critical micelle concentrations (ca. 10^?4 to 10^?5 mol/L) and could reduce the surface tension even at very low concentration levels. Moreover, the surface tension decreased with an increase in the temperature or the concentration of the polyurethane surfactants. The addition of salt resulted in a decrease in the surface tension, and it took some time for the polyurethane surfactants to reach a constant surface tension value. UV spectra were found to be very useful for determining the critical micelle concentration. © 2006 Wiley Periodicals, Inc. J Appl Polym Sci 100: 2956–2962, 2006     

反应型聚氨酯表面活性剂的制备及性能

以聚乙二醇(PEG)、异佛尔酮二异氰酸酯(IPD I)和2,2,6-三甲基-4H-1,3-二口恶烷-4-酮为主要原料,合成了一种带有乙酰乙酸基团的聚氨酯表面活性剂。用FTIR1、HNMR对合成产物的结构进行了表征,采用表面张力仪对其表面活性进行了测定。考察了温度、相对分子质量及外加电解质对表面活性的影响,测定了其电导率和浊点。结果表明,以PEG-1000、IPD I及2,2,6-三甲基-4H-1,3-二口恶烷-4-酮所制备的产物Ⅰ,在浓度为0.003mol/L时,可以将溶液的表面张力降低至37.5 mN/m(25℃),浊点为80℃。     

Synthesis and characterization of phosphorus-containing polyurethanes

Phenylbis(hydroxyalkyl)phosphonates were prepared by treating excess glycol(ethylene glycol or diethylene glycol) with phenylphosphonic dichloride (PPD). Phosphorus-containing homopolyurethanes were synthesized by low temperature solution polyaddition by phenylbis (hydroxyalkyl)phosphonates with tolylene diisocyanate (TDI). Copolyurethanes with various phosphorus content were prepared by copolymerization of tolylene diisocyanate with polypropylene glycol (PPG, MW = 3000), and phenylbis(hydroxyalkyl)phosphonate. All polymers were characterized by elemental analysis, infrared (IR), differential scanning calorimeter (DSC), differential thermal analysis (DTA), and thermogravimetric analysis (TGA). Thermal properties of the polyurethane were compared with that of the common polyurethane. Phosphorus containing homopolyurethanes and copolyurethanes had lower decomposition temperatures and higher char yield residue than the corresponding common polyurethane.     

衣康酸单酯羧酸盐Bola表面活性剂性能

以衣康酸酐(IAn)和聚丙二醇400 (PPG 400)为原料,经过酯化反应和酸碱中和反应制备出衣康酸基聚丙二醇单酯羧酸盐Bola型表面活性剂(Saa-K)。利用1H NMR、FT IR对其结构进行了表征。对Saa-K的表面张力、临界胶束浓度(CMC)、润湿性、泡沫性能等进行了测试,考察了电解质对Saa-K溶液的表面张力和CMC的影响。结果表明：常温常压下,Saa-K的表面张力为32.46 mN/m、临界胶束浓度为1.715×10-2 mol/L;当溶液中Saa-K的质量分数为1%时,Saa-K的第一临界相变温度TK1＜0 ℃;第二临界相变温度TK2为54.3 ℃;当溶液中Saa-K和月桂酸钾(PL)的质量分数均为1%时,Saa-K的起泡高度和泡沫寿命分别为51.13 mL和1940 min,而月桂酸钾的起泡高度和泡沫寿命分别为98.53 mL和2200 min。在阴离子强度相同或阳离子强度相同的情况下,无机电解质的加入均会使Saa-K溶液的表面张力和CMC显著降低,降低程度分别为：LiCl＜NaCl＜KCl和NaBr＜NaCl＜NaF。     

哌嗪系列双子表面活性剂的合成

为了探索哌嗪类双子表面活性剂在三次采油(EOR)、新材料制备及生物技术领域中的应用,合成了两个以哌嗪为基的双子表面活性剂Ⅰ和Ⅴ,一个含有两种阴离子的Bola型表面活性剂Ⅱ和一个大环表面活性剂Ⅲ。表面张力测定结果显示,Ⅰ的临界胶束浓度(CMC)为6.47×10-4mol/L,优于传统的表面活性剂;Ⅴ的CMC为1.17×10-3mol/L,说明连接基团长度一定时,增加疏水链的数目,表面活性降低。Ⅱ和Ⅲ水溶性较好,可应用于生物技术领域或在新材料中作为模板剂。MM2能量最小法计算结果显示,在有限长连接基团中引入较多疏水链的化合物不易合成。用溶剂可接触面积说明了Ⅲ水溶性较好的原因。     

长链烷基苯磺酸钠Gemini表面活性剂的合成和表面活性

以脂肪酸、苯酚、乙二醇为原料,经酰化反应、酯化反应、Fries重排、氢化还原反应、磺化以及中和反应等步骤,合成出3种长链烷基苯磺酸钠Gem in i表面活性剂。用IR、1HNMR和ESI-MS对产物进行了结构鉴定。以W ilhelmy-p late法测定了30℃时它们在水溶液中的临界胶束浓度(CMC)和临界胶束浓度下的表面张力(γCMC)。纯水溶液中其临界胶束浓度(CMC)为10-4~10-5mol/L,γCMC为35~37 mN/m;随着苯环上长链烷基碳数(n=8、10、12)的增加,CMC分别为5.94×10-4、1.53×10-5、0.46×10-5mol/L;γCMC分别为36.9、34.4、34.4 mN/m。结果表明,此类表面活性剂具有比较好的表面活性。     

含三嗪环非离子表面活性剂制备及其性能研究

以三聚氯氰、脂肪胺、聚乙二醇单甲醚(mPEG)为原料合成了6种均三嗪非离子表面活性剂。采用FTIR1、HNMR对中间体和目标产物进行了结构表征。考察了25℃时6种产品的表面张力、临界胶束浓度及其乳化力。结果表明,该类非离子表面活性剂具有较好的表面活性,其中DMAT-600的临界胶束浓度(cmc)和cmc下的表面张力(γcmc)分别可达0.162g/L和31.94mN/m;产品具有较强的乳化力,乳化力介于8.2~20.5min。     

2-羟基-3-辛基-5-长链烷基苯磺酸钠的合成及表面活性

以脂肪酸、苯酚为原料,经酰化反应、酯化反应、Fries重排、氢化还原反应、磺化以及中和反应等步骤,合成出了2-羟基-3-辛基-5-长链烷基苯磺酸钠表面活性剂。两相滴定法测定了产物的质量分数均大于99%;用核磁共振氢谱、傅立叶红外光谱和质谱对产物进行了结构鉴定。用悬挂滴法测定了30℃时该系列表面活性剂的表面张力。实验发现,纯水溶液中表面活性剂的临界胶束浓度(CMC)达到10-6mol/L数量级,临界胶束浓度下的表面张力(γCMC)均小于28 mN/m;随着苯环上长链烷基碳数(n=8,10,12)的增加,CMC降低,分别为1.06×10-5,3.35×10-6,2.65×10-6mol/L;而γCMC变化不明显,分别为26.77,26.89,27.22 mN/m。结果表明,此类表面活性剂具有比较好的表面活性。     

椰油酰氧乙基磺酸钠的合成与性能

以椰子油酸和羟乙基磺酸钠为原料,在催化剂存在下,通过脱水反应制得椰油酰氧乙基磺酸钠,考察了投料摩尔比、催化剂用量、真空度、温度、时间等对反应的影响。最佳反应条件为:n(椰子油酸)/n(羟乙基磺酸钠)=1 3,w(催化剂)=0 5%,真空度25kPa,235℃,反应3h,在该条件下,产物中w(椰油酰氧乙基磺酸钠)=77 0%,羟乙基磺酸钠的转化率为91 3%,产品外观为淡黄色粉末。性能分析结果表明:该产品的表面张力和临界胶束浓度分别为30 11mN/m和1 26×10-3mol/L,在去离子水和c(CaCO3)=0 3mmol/L的硬水中的润湿力分别为448s和440s、发泡力分别为240mm和232mm、去污力(△R)分别为44 6和43 7。