新型反離子季銨鹽及其復(fù)配行為.pdf

1、季銨鹽類陽離子表面活性劑因正電荷而具有特殊的殺菌、抗靜電等性能，被廣泛應(yīng)用于印染、建筑、采礦、日用化工、石油開采等領(lǐng)域。目前工業(yè)應(yīng)用和研究中季銨鹽的反離子通常為無機反離子:Cl-、Br-和CH3SO4-。但隨著工業(yè)的發(fā)展和技術(shù)的進步，這些傳統(tǒng)季銨鹽在性能以及環(huán)保方面都難以滿足現(xiàn)代綠色化工的要求，提升季銨鹽的品質(zhì)和性能以及拓展季銨鹽的反離子種類是季銨鹽發(fā)展的趨勢。目前已有研究表明反離子對表面活性劑各種物化性能和應(yīng)用性能具有一定程度影響，且

2、有機反離子的影響更顯著，因此，對于季銨鹽反離子結(jié)構(gòu)和性能的構(gòu)效關(guān)系需要進一步深入研究。此外，工業(yè)應(yīng)用中通常采取多種表面活性劑和助劑的混合體系，為拓展新型反離子季銨鹽的應(yīng)用性能和應(yīng)用領(lǐng)域，應(yīng)對有機反離子季銨鹽的復(fù)配體系性能進行系統(tǒng)研究。
　　本文利用本課題組開發(fā)的有機反離子季銨鹽綠色化合成工藝，制備了一系列有機反離子季銨鹽，考察了反離子烷基鏈長與季銨鹽的物化性能及應(yīng)用性能之間的構(gòu)效關(guān)系，并進一步探討新型反離子季銨鹽與其他表面活性劑組

3、成復(fù)配體系的協(xié)同作用和應(yīng)用性能，以及實際應(yīng)用中的去污性能和抑菌性能。具體研究內(nèi)容如下:
　　(1)對十六烷基三甲基季銨鹽的吸附和聚集行為研究。表面張力的測定結(jié)果表明反離子鏈長增加使得表面張力參數(shù)CMC、γCMC和Amin呈先增加后降低的規(guī)律，而πCMC、pC20、CMC/C20和Γmax參數(shù)呈先降低后增加的變化規(guī)律，并且均在反離子碳鏈長度為2(C16NC2)時出現(xiàn)拐點。電導(dǎo)率測量的參數(shù)β、ΔG0mic、ΔG0ads隨反離子烷基鏈長

4、增加而先降低后增加。膠束聚集數(shù)的測量表明，臨界膠束濃度的聚集數(shù)[Nagg]隨反離子鏈長的增加而減小，而在約5倍CMC及以上較高濃度(5.0×10-3mol/L)下，聚集數(shù)(Nagg)隨著反離子鏈長的增加而先降低后增加。負染色電鏡觀察發(fā)現(xiàn)季銨鹽反離子碳鏈長度達到C10(C16NC10)時，在一定濃度下能自發(fā)形成囊泡結(jié)構(gòu)，理論計算得到的堆積參數(shù)值P也證實C16NC10在一定條件下可能形成囊泡結(jié)構(gòu)。動態(tài)表面張力測量表明新型反離子季銨鹽在不同時

5、間的動態(tài)吸附機制不同:短時間內(nèi)以單體濃度梯度為推動力;而長時間的吸附過程以表面電勢能壘、空間位阻作用為動力控制因素。
　　(2)對新型反離子季銨鹽的應(yīng)用性能進行研究。以動態(tài)接觸角表示的潤濕性能測試結(jié)果表明，隨反離子鏈長增加對液體石蠟表面的潤濕性能增強（接觸角減?。?。新型反離子季銨鹽對液體石蠟乳化性能隨反離子鏈長增加而先降低后增強。新型反離子季銨鹽的起泡性能和泡沫穩(wěn)定性在反離子烷基鏈長為6～8達到最佳?？咕Y(jié)果表明新型反離子季銨鹽的

6、抗菌性能主要受陽離子部分烷基鏈長的影響，而受反離子烷基鏈長的影響不顯著?？咕鷦┑淖畹蜐舛葹?0mg/L(2min)（以對大腸桿菌100％抑菌率衡量）。此外，新型反離子季銨鹽對不同類型細菌和真菌的抑菌效果順序為:金黃色葡萄球菌=白色念珠菌＞大腸桿菌＞枯草芽孢桿菌＞綠膿桿菌。
　　(3)對含新型反離子季銨鹽(C16NC1)的二元混合體系協(xié)同作用展開研究。表面張力測試結(jié)果表明，膠束分子間相互作用具有如下順序（由強到弱）:陰/日離子＞陽/

7、非離子（APG型）＞陽/兩性離子＞陽/非離子(AEOn型，含聚氧乙烯醚(EO)結(jié)構(gòu)）。混合體系的穩(wěn)定性研究表明陽/非離子或陽/兩性離子混合體系均具有良好的穩(wěn)定性，而陰/陽離子混合體系中，含有EO結(jié)構(gòu)的陰離子比不含EO的陰離子的復(fù)配相容性、穩(wěn)定性更好。二元混合體系應(yīng)用性能的研究表明:對于陰/陽離子混合體系而言，其起泡性能減弱，泡沫穩(wěn)定性增強，乳化性能增強，在石蠟?zāi)け砻娴臐櫇裥阅茉鰪姡ń佑|角減小），而陽/非離子混合體系的起泡性能增強，乳化性

8、能減弱，在石蠟?zāi)け砻娴臐櫇裥阅軠p弱（接觸角增加）。
　　(4)對新型反離子季銨鹽復(fù)配體系的去污和抑菌性能研究。去污性能測試表明，含有EO結(jié)構(gòu)的陰離子或非離子表面活性劑與少量新型反離子季銨鹽的混合體系對炭黑污布(JB-01)和皮脂污布(JB-03)的去污效果具有協(xié)同增效作用，且去污效果優(yōu)于標準洗滌劑。標準洗衣液中加入少量(1％～3％)新型反離子季銨鹽對炭黑污布的去污效果影響不顯著，而對皮脂污布的去污效果降低。抑菌性能研究結(jié)果表明二元

9、混合體系中陽/非離子和陽/兩性離子均有較好抑菌活性，而陰/陽離子混合體系無抑菌效果。并且以非離子表面活性劑為主的陰/陽/非離子三元混合體系中混合順序的改變和陰離子表面活性劑含量影響抑菌性能:不采用陰/陽離子混合后再加入非離子表面活性劑之外的兩種混合順序均可使三元混合體系具有抑菌活性。
　　總之，新型反離子季銨鹽的表面活性和應(yīng)用性能均具有隨反離子烷基鏈長增加而增強的趨勢;新型反離子季銨鹽的復(fù)配體系在表面活性方面具有不同程度的協(xié)同增效