新型表面活性剂的合成与表征综合实验设计

将专业综合实验与科研成果相结合,设计了新型表面活性剂的合成与表征综合化学实验。实验涉及含羟基基团的表面活性剂的合成、纯化、结构表征和性能测定等操作。该综合实验将有机化学基础知识、表面活性剂的基本性质与前沿科学研究相结合,从而实现学生实验技能的提升、认知视野的拓展和综合能力培养的目标。     

光敏季铵盐Gemini表面活性剂a4-6-m在气/液界面的吸附

合成了3种不对称结构的季铵盐Gemini表面活性剂a4-6-m, 分子的一根疏水链是偶氮苯为端基的4个亚甲基链, 另一根是不同长度的脂肪链(m=12, 14, 16). 研究结果表明, 反式偶氮苯封端的a4-6-m在气/液界面上以直立方式排列, 偶氮苯端基间的π-π相互作用导致吸附分子较为紧密地排列, 但吸附层外表面含有偶氮苯成分使临界胶束浓度(cmc)时的表面张力(γcmc)较大. 紫外光激发使反式结构偶氮苯变为顺式结构, 这些极性较强的顺式偶氮苯夹杂在直立的烷烃链间, 增强的偶极-偶极相互作用促进了分子紧密排列, 使分子占据面积(Amin)略微减小. 增长脂肪链长度有助于降低临界胶团浓度和C20(使水的表面张力降低20 mN·m-1时所需的表面活性剂浓度), 但对γcmc影响不大.     

Gemini表面活性剂/C12En混合体系的界面吸附、扩张粘弹与泡沫稳定性

用表面张力法研究了阳离子gemini表面活性剂乙基-1, 2-双(十二烷基二甲基溴化铵)(简写为12-2-12)和非离子表面活性剂十二烷基聚氧乙烯醚(C₁₂E_n,其中n = 4, 10, 23)混合体系在气液界面上的吸附行为;用扩张流变技术研究了吸附膜的扩张粘弹行为,实验数据用Lucassen-van den Tempel (LVT)模型进行拟合并根据模型得到了极限弹性值.最后研究了混合体系的泡沫行为,用泡沫塌陷到初始高度一半所对应的时间(t_1/2)来表征泡沫的稳定性.结果表明,所有的非离子表面活性剂C₁₂E_n均与12-2-12产生了吸引作用.在12-2-12浓度相同的情况下,混合吸附层中吸附分子的最小分子占据面积的顺序为12-2-12/C₁₂E₂₃ > 12-2-12/C₁₂E₁₀ > 12-2-12/C₁₂E₄,而极限弹性的顺序为ε_{0, fit}(12-2-12/C₁₂E₄) > ε_{0, fit}(12-2-12/C₁₂E₁₀) > ε_{0, fit}(12-2-12/C₁₂E₂₃).与单组分12-2-12形成的吸附膜相比,只有12-2-12/C₁₂E₄形成更加紧密的结构.具有较小亲水头基的非离子表面活性剂C₁₂E₄的加入,可增强12-2-12吸附膜的弹性,进而增强了对应体系泡沫的稳定性.     

新型不对称季铵盐Gemini表面活性剂的合成及其表面活性

以溴代烷和N,N,N′,N′-四甲基乙二胺为原料,经过两步季铵化反应合成了一种新型的不对称型阳离子Gemini表面活性剂——二亚甲基-1-正己基二甲基溴化铵-2-十八烷基二甲基溴化铵(3),其结构经1H NMR和元素分析表征.研究结果表明,3的Krafft点为21.9℃,且聚集能力强.     

三聚阴离子表面活性剂/阳离子添加剂混合体系的流变行为

表面活性剂的分子结构对蠕虫胶束的形成与性质有着重要影响。本文以十四酸和间苯三酚为起始原料,合成了一种三聚阴离子表面活性剂（2, 2', 2"-（苯基-1, 3, 5-三（氧））-三-十四酸钠,简写为Ph-TrisC₁₄Na）,并通过稳态和动态流变测试,研究了单组分的Ph-TrisC₁₄Na和Ph-TrisC₁₄Na/阳离子添加剂体系的粘弹性质。阳离子添加剂分别为正丁基三甲基溴化铵（C₄TAB）,正己基三甲基溴化铵（C₆TAB）和正辛基三甲基溴化铵（C₈TAB）。结果表明,依赖于独特的分子构型,Ph-TrisC₁₄Na分子自身即可形成蠕虫胶束,使溶液表现出明显的粘弹性。阳离子添加剂的加入可进一步优化Ph-TrisC₁₄Na的分子几何结构,促进蠕虫胶束更为快速地生长。随着阳离子添加剂疏水链长的增加,溶液的粘弹性显著增强,体系微结构对添加剂的敏感性也增加。对于50 mmol·L^-1的Ph-TrisC₁₄Na溶液来说,在C₈TAB与Ph-TrisC₁₄Na的摩尔比为0.5时,体系的零剪切粘度可达1535 Pa·s,蠕虫胶束的长度则达到4.0-7.5 μm。该体系体现出低聚表面活性剂在构筑表面活性剂粘弹溶液方面的优势,可拓展高粘弹性阴离子蠕虫胶束体系的研究范围。