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(lǐng)域的最新研究熱點(diǎn)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(gè)系列六種結(jié)構(gòu)的枝狀二聚、四聚咪唑表面活性劑，對合成條件進(jìn)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(jié)構(gòu)進(jìn)行了表征，證明所合成物質(zhì)確為目標(biāo)產(chǎn)物。
　　采用表面張力法、電導(dǎo)率法測定兩個(gè)系列六種結(jié)構(gòu)的低聚咪唑表面活性劑水溶液的表面性質(zhì)、反離子結(jié)合度和膠束化熱力

2、學(xué)性質(zhì)。實(shí)驗(yàn)結(jié)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(jié)果表明：疏水鏈長相同時(shí)[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(jié)合實(shí)驗(yàn)測得的cmc等實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，得到了兩個(gè)系列六種結(jié)構(gòu)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(xué)參數(shù)（m?G?， m?H?， m?S?)，實(shí)驗(yàn)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(fù)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(jìn)行的。膠束形成的標(biāo)準(zhǔn)焓變m?H?均為負(fù)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(yuǎn)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(shè)計(jì)了分子動力學(xué)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(jìn)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(tuán)羥基數(shù)的二聚咪唑表面活性劑(BGIS)在水溶液中的熱力學(xué)性質(zhì)及表面活性。結(jié)果表明：所設(shè)計(jì)的

6、分子動力學(xué)體系和模型可以預(yù)測二聚咪唑表面活性劑的熱力學(xué)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(fù)值，溶劑化自由能與分子結(jié)構(gòu)中疏水烷基鏈碳數(shù)及連接基中羥基數(shù)目有關(guān),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(xué)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(qiáng)。膠束化過程中存在“焓熵補(bǔ)償”現(xiàn)象；無羥基結(jié)構(gòu) BGIS分子的補(bǔ)償溫度為307±3/K，連接基團(tuán)含有羥基的BGI

7、S分子補(bǔ)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(tuán)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(xué)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(jié)構(gòu)等方面初步揭示PAAV/[C14-P-C14im]Br2二元體系的相互作用關(guān)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(shí)，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(dá)到6