CO2-N2刺激響應(yīng)性海藻酸鹽表面活性劑的研究.pdf

1、CO2/N2刺激響應(yīng)性表面活性劑是指在CO2或者N2的觸發(fā)下使溶液中表面活性劑分子結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，從而可以實(shí)現(xiàn)“有表面活性”和“無(wú)表面活性”可逆切換的一類(lèi)表面活性劑。與傳統(tǒng)刺激響應(yīng)（氧化-還原、光、pH、磁等觸發(fā)手段）表面活性劑相比，CO2/N2刺激響應(yīng)性表面活性劑觸發(fā)條件溫和、環(huán)境友好，既不會(huì)產(chǎn)生鹽積累也不會(huì)對(duì)體系中的物質(zhì)造成污染，因而近年來(lái)引起了廣泛的關(guān)注。
　　目前，CO2開(kāi)關(guān)型表面活性劑的活性基團(tuán)主要有脒基、叔胺基、胍基、咪

2、唑啉基等。其中叔胺類(lèi)CO2開(kāi)關(guān)型表面活性劑廉價(jià)易得、不易發(fā)生水解并且去質(zhì)子化響應(yīng)快，因此該類(lèi)表面活性劑已經(jīng)成為CO2開(kāi)關(guān)型表面活性劑研究的一個(gè)熱點(diǎn)。近年來(lái)雖有一些關(guān)于叔胺類(lèi)CO2/N2開(kāi)關(guān)型表面活性劑的研究報(bào)道，但以天然高分子為基礎(chǔ)研究CO2/N2可逆刺激響應(yīng)表面活性體系的報(bào)道相對(duì)較少。海藻酸鈉(NaAlg)作為一種線性陰離子天然多聚糖，具有廉價(jià)、無(wú)毒環(huán)保、生物相容性好等特點(diǎn)。本論文通過(guò)酯化作用在海藻酸鈉大分子上共價(jià)接枝小分子烷基叔胺鏈

3、合成了叔胺基酯類(lèi)CO2/N2開(kāi)關(guān)型表面活性劑;將海藻酸鈉和小分子叔胺通過(guò)非共價(jià)靜電吸引制備了CO2/N2刺激響應(yīng)性類(lèi)表面活性劑;系統(tǒng)研究了其乳化/破乳及起泡/消泡等刺激響應(yīng)行為。具體研究和結(jié)論如下:
　　(1)以天然高分子化合物海藻酸鈉(NaAlg)和N，N-二乙基-6-溴己胺(BHDEA)為原料，四丁基溴化銨(TBAB)作為相轉(zhuǎn)移催化劑，二甲基亞砜(DMSO)為溶劑進(jìn)行酯化反應(yīng)，得到表面活性可調(diào)的海藻酸酯(HDEA-Alg)。通

4、過(guò)紅外光譜、核磁共振氫譜、熱重、元素分析法等對(duì)產(chǎn)物進(jìn)行表征，結(jié)果證明所合成的產(chǎn)物為接枝叔胺基烷基鏈的海藻酸酉酯。通過(guò)元素分析的方法對(duì)HDEA-Alg的接枝率進(jìn)行了計(jì)算，并考查了催化劑的用量、原料摩爾比、油水體積比、反應(yīng)溫度、反應(yīng)時(shí)間和溶劑種類(lèi)等因素對(duì)反應(yīng)產(chǎn)物的影響。結(jié)果得到在催化劑用量NTBAB/Nhexuronic=0.2，原料摩爾比NBHDEA/Nhexuronic=5，油水比VDMSO/VWater=5，反應(yīng)溫度為60℃，反應(yīng)時(shí)間

5、為48h的條件下，得到的酯化度較高，接枝率約為15％。
　　(2)通過(guò)表面張力、電導(dǎo)率、熒光、流變測(cè)試研究HDEA-Alg水溶液的CO2/N2開(kāi)關(guān)響應(yīng)性，結(jié)果證明HDEA-Alg水溶液在表面張力、電導(dǎo)率、熒光強(qiáng)度、黏度上都表現(xiàn)出很好的CO2/N2刺激響應(yīng)性能。以液體石蠟為油相，通過(guò)調(diào)整油水比、改變水相中表面活性劑HDEA-Alg（接枝率為15％）的濃度制備穩(wěn)定的乳液，考察乳液的CO2/N2開(kāi)關(guān)響應(yīng)性并用熒光顯微對(duì)乳液的結(jié)構(gòu)進(jìn)行表征

6、，結(jié)果表明在液體石蠟和水體積比為3∶7、表面活性劑濃度為10mg/mL的條件下制備了穩(wěn)定的乳液，且該乳液也具有CO2/N2刺激響應(yīng)性。在未通CO2的情況下，HDEA-Alg具有乳化能力，HDEA-Alg表面活性劑分子附著在油水界面;通完CO2后，HDEA-Alg被質(zhì)子化成親水性的高分子溶解在水相中，導(dǎo)致乳滴聚集，油水分離;再向該混合物中通入N230min，經(jīng)均質(zhì)乳化又得到了穩(wěn)定的乳液。且該切換過(guò)程具有可重復(fù)性。
　　(3)以天然高

7、分子海藻酸鈉(NaAlg)為基礎(chǔ)，通過(guò)非共價(jià)作用引入N，N-二甲基十二烷基胺(C12A)，構(gòu)筑復(fù)配的CO2/N2刺激響應(yīng)性類(lèi)表面活性劑(C12A-Alg)。當(dāng)NaAlg水溶液(10mg/mL)與C12A按照摩爾比NC12A/Nhexuronic=0.3混合時(shí)，在0-5℃下通入CO230min，C12A被質(zhì)子化后形成銨鹽，與海藻酸鈉通過(guò)靜電作用形成的類(lèi)表面活性劑C12A-Alg能完全溶解在水溶液中。通過(guò)紅外光譜和核磁共振氫譜對(duì)產(chǎn)物結(jié)構(gòu)進(jìn)行

8、驗(yàn)證，結(jié)果表明海藻酸鈉大分子與質(zhì)子化的C12A成功通過(guò)靜電作用相結(jié)合。并結(jié)合流變、動(dòng)態(tài)光散射、冷凍蝕刻透射電鏡分析類(lèi)表面活性劑的膠束化行為，結(jié)果表明隨著NC12A/Nhexuronic的增加（從0.05增加到0.5），類(lèi)表面活性劑C12A-Alg水溶液的黏度逐漸降低，同時(shí)其流動(dòng)特性由假塑性流體逐漸向牛頓流體轉(zhuǎn)變;復(fù)配體系水溶液中C12A-Alg聚集體的粒徑逐漸增大且分布變寬。通過(guò)冷凍蝕刻透射電鏡進(jìn)行觀察，海藻酸鈉大分子在水溶液中形成相互