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。     

纳米SiO2/十二烷基氨基丙酸钠协同稳定的pH响应性Pickering乳状液

用纳米SiO₂颗粒与微量氨基酸型两性表面活性剂十二烷基氨基丙酸钠作复合乳化剂, 以正癸烷为油相, 制备了pH响应性O/W型Pickering乳状液. 室温下该乳状液在pH≤4.0 时稳定, 在pH≥6.0时不稳定, 因此, 可以通过改变水相的pH值使乳状液在稳定和破乳之间多次循环. 在酸性水介质中, 氨基酸型两性表面活性剂分子呈阳离子状态, 可通过静电作用吸附到带负电荷的SiO₂颗粒表面, 产生原位疏水化作用, 使其转变为表面活性颗粒; 而在中性和碱性水介质中, 氨基酸型两性表面活性剂呈两性或阴离子状态, 不能产生原位疏水化作用, 因而导致乳状液破乳. 相关作用机理通过吸附量、 Zeta电位及接触角等实验数据得以论证. 该刺激-响应性Pickering乳状液在乳液聚合、 油品输送以及燃料生产等领域具有重要的应用价值.     

Gemini表面活性剂烷烃尾链在吸附和聚集过程中的疏水协同效应(英文)

以表面张力法测定了系列Gemini表面活性剂m-6-m以及对应单体表面活性剂CmTABr的临界胶束浓度(cmc)和降低水表面张力20mN·m-1需要的浓度(pC20).比较这些参数表明m-6-m胶束化和在界面吸附的能力均强于CmTABr,这被归结为Gemini表面活性剂烷烃尾链间的疏水协同效应.与不对称Gemini表面活性剂12-6-m比较,对称的Gemini结构更有利于表面活性剂的聚集和吸附.     

新型生物基超长链阳离子表面活性剂的合成及其表面活性

以油酸为原料，与无水甲醇经酯化反应制得油酸甲酯(1)； 1经还原和取代反应制得1-氯-顺式-9-十八烯(3)； 3与对羟基苯甲醛经取代反应制得(E)-4-(十八碳-9-烯-1-基氧基)苯甲醛(4)； 4依次经取代、还原及酸化反应合成了一种新型伯胺盐阳离子表面活性剂(E)-［4-(十八碳-9-烯-1-基氧基)苯基］甲烷氯化铵(7)，总收率25.35%，其结构经¹H NMR和IR表征。采用表面张力法研究了7的表面活性。结果表明：7具有较强的聚集能力和界面吸附能力，其cmc， γ-cmc， Γ_max和A_min分别为0.251 mmol·L^-1， 28.8 mN·m^-1， 2.41 μmol·m^-2和0.69 nm²。     

水杨酸钠对阳离子Gemini表面活性剂水溶液中蠕虫状胶束形成和性质的影响

用稳态和震荡剪切实验研究了水杨酸钠(NaSal)对50 mmol·L^-1阳离子Gemini表面活性剂2-羟基-(三亚甲基-α,ω-双十二烷基三甲基溴化铵和三亚甲基-α,ω-双十二烷基三甲基溴化铵, 简写为12-3(OH)-12和12-3-12)水溶液中形成蠕虫状胶束及其性质的影响. 在无盐状态下, 50 mmol·L^-1的12-3(OH)-12或12-3-12在水溶液中仅形成球状或棒状胶束. NaSal可促进上述两体系胶束的生长, 生成蠕虫状胶束. 比较而言, 12- 3(OH)-12对NaSal更敏感, 可以在低盐浓度下生成蠕虫状胶束. 而且与12-3-12体系相比, 12-3(OH)-12生成了更长的蠕虫状胶束. 这些差别在于12-3(OH)-12体系中存在羟基连接链之间的氢键作用, 这增加了12- 3(OH)-12头基的亲水性, 促进了反离子的解离, 增大的胶束表面电荷密度更强烈地结合水杨酸根反离子, 减小了头基间的静电斥力, 反过来又增强了分子间氢键, 致使 12-3(OH)-12胶束迅速生长.     

新型羧酸盐阴离子Gemini表面活性剂的合成及其表面活性

以丙二酸二乙酯为原料,与溴代正癸烷经单边取代反应制得2-癸基丙二酸二乙酯(1); 1与1,3-二溴丙烷发生双边取代反应制得四乙基二十五烷-11,11,15,15-四羧酸酯（2）; 2依次发生皂化、酸化及脱酸反应制得2,6-二癸基庚二酸（4）; 4和NaOH经酸碱中和反应合成了一种新型羧酸盐阴离子Gemini表面活性剂---2,6-二癸基庚二酸钠(5),总收率46.7%,其结构经¹H NMR,IR和MS表征。采用表面张力法研究了5的表面活性。结果表明：5具有较强的聚集能力和界面吸附能力,其cmc, γ_{c mc}, C₂₀, Γ_max和Amin分别为0.29 mmol·L^-1, 31.96 mN·m-¹, 5.640 μmol· m^-2和0.295 nm²。     

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。