枝狀低聚咪唑表面活性劑的合成與性能研究.pdf

1、低聚表面活性劑是表面活性劑領域的最新研究熱點之一。本研究以咪唑、長鏈溴代烷烴等為主要原料，季戊四醇衍生物為連接基，合成了兩個系列六種結構的枝狀二聚、四聚咪唑表面活性劑，對合成條件進行優(yōu)化，得到適宜的合成條件。采用核磁共振氫譜、碳譜、紅外光譜、元素分析、熱重等手段對中間體和產(chǎn)物的結構進行了表征，證明所合成物質(zhì)確為目標產(chǎn)物。
　　采用表面張力法、電導率法測定兩個系列六種結構的低聚咪唑表面活性劑水溶液的表面性質(zhì)、反離子結合度和膠束化熱力

2、學性質(zhì)。實驗結果顯示：隨著表面活性劑疏水鏈長的增加，枝狀二聚咪唑表面活性劑([Cn-P-Cnim]Br2)和四聚咪唑表面活性劑([P-(Cnim)4]Br4)臨界膠束濃度(cmc)和氣液界面最大吸附量(Γcmc)值均逐漸減小，表面活性劑分子在空氣/水界面的最小橫截面積(Amin)和效率因子(pC20)值均逐漸增大，表現(xiàn)出較高的表面活性。通過比較[Cn-P-Cnim]Br2與連接基為四亞甲基的線狀二聚表面活性劑([Cn-4-Cnim]Br

3、2)的表面性能參數(shù)，結果表明：疏水鏈長相同時[Cn-P-Cnim]Br2的Γcmc更小， Amin值更大，降低表面張力的效率更高。比較[P-(Cnim)4]Br4與[Cn-P-Cnim]Br2的表面性能參數(shù)可以看出：[P-(Cnim)4]Br4的cmc值更低，在氣-液界面所占的單分子面積 Amin更大，飽和吸附量Γcmc更小， pC20值更高，表面性能更優(yōu)。采用相分離模型，結合實驗測得的cmc等實驗數(shù)據(jù)，得到了兩個系列六種結構的低聚咪唑

4、表面活性劑水溶液的膠束形成過程的熱力學參數(shù)（m?G?， m?H?， m?S?)，實驗數(shù)據(jù)表明：不同鏈長的[Cn-P-Cnim]Br2與[P-(Cnim)4]Br4表面活性劑的m?G?均為負值，說明枝狀低聚咪唑表面活性劑在水溶液中膠束化過程是自發(fā)進行的。膠束形成的標準焓變m?H?均為負值，表明膠束化過程是放熱過程。 m?G?是由較大的mT?S?引起的， m?H?要遠小于 mT?S?，膠束形成過程是熵驅(qū)動的。對于同系列低聚咪唑表面活性劑，隨

5、疏水鏈長的增加，m?G?下降， m?H?增大，膠束更容易形成，膠束化過程放出的熱量更多。對于疏水鏈長相同的低聚咪唑表面活性劑，聚合度增加，膠束化吉布斯自由能 m?G?增加，膠束形成更困難。
　　設計了分子動力學系統(tǒng)，在微觀水平上對枝狀二聚咪唑表面活性劑性質(zhì)進行研究。并通過自由能微擾、壓力張量等方法研究了系列不同疏水烷基鏈碳原子數(shù)及不同連接基團羥基數(shù)的二聚咪唑表面活性劑(BGIS)在水溶液中的熱力學性質(zhì)及表面活性。結果表明：所設計的

6、分子動力學體系和模型可以預測二聚咪唑表面活性劑的熱力學性質(zhì)及表面活性。BGIS分子在水溶液中溶劑化自由能均為負值，溶劑化自由能與分子結構中疏水烷基鏈碳數(shù)及連接基中羥基數(shù)目有關,二者增加，溶劑化自由能減小，膠束化能力和膠束體系熱力學穩(wěn)定性均提高；膠束形熵變 m?S?為膠束化過程的主要驅(qū)動力，但隨著溫度的增加焓驅(qū)動的作用在逐漸增強。膠束化過程中存在“焓熵補償”現(xiàn)象；無羥基結構 BGIS分子的補償溫度為307±3/K，連接基團含有羥基的BGI

7、S分子補償溫度為297±3/K。壓力張量法對BGIS溶液cmc的模擬表明：溫度升高，cmc值增加；BGIS分子疏水烷基鏈長度碳數(shù)及連接基團羥基數(shù)目增加，cmc值下降，系列 BGIS分子在溶液中膠束熱力學穩(wěn)定性和表面活性均逐漸提高。
　　研究了兩親丙烯酰胺類聚合物的——丙烯酰胺/2-丙烯酰胺基-2-甲基-丙磺酸/4-乙烯芐基壬烷基酚聚氧乙烯醚(PAAV)和枝狀二聚咪唑表面活性劑[C14-P-C14im]Br2之間的相互作用，分別從溶

8、液表面張力、溶液流變特性和溶液微觀結構等方面初步揭示PAAV/[C14-P-C14im]Br2二元體系的相互作用關系，研究發(fā)現(xiàn)：PAAV/[C14-P-C14im]Br2二元體系在氣液界面的表面張力受表面活性劑濃度的影響，有明顯的表面張力最低值，但二元體系降低表面張力的能力低于純[C14-P-C14im]Br2；濃度較低時，PAAV和PAAV/[C14-P-C14im]Br2兩種溶液黏度增加都較緩慢，而且黏度相差不大，聚合物的濃度達到6