含CF3CF2CF2C(CF3)2基团支链型氟表面活性剂的合成及性能研究

全氟辛酸/全氟辛基磺酸(PFOA/PFOS)类氟表面活性剂因不易被生物降解且对环境有毒害作用, 被列为持久性有机污染物. 采用引入氟碳支链的策略作为PFOA/PFOS替代物的研发取向, 以六氟丙烯二聚体为原料合成了新型阳离子型、两性型、双子型和非离子型氟表面活性剂, 并对它们的表面活性和急性毒性性能进行了测试. 结果表明, 所合成的支链型表面活性剂表面活性高且毒性低. 因此, 基于六氟丙烯二聚体(HFPD)合成PFOS/PFOA替代物是一种简单、经济且环保的方法.     

反离子对氟表面活性剂的影响1. 表面活性及胶团化作用

通过表面张力和荧光探针法研究了全氟辛酸钠、全氟辛酸铵以及全氟辛酸四烷基铵[C₇F₁₅COON(C_nH_2n+1)₄, n＝1, 2, 3, 4]的表面活性以及胶团化作用, 系统地讨论了各种反离子, 特别是反离子大小的影响. 结果表明, 与普通碳氢表面活性剂不同, 反离子对这类氟表面活性剂的表面活性以及胶团化作用有很大影响. 表面活性剂的临界胶束浓度(cmc)随反离子的增大而下降; 饱和吸附层中平均每个分子所占的面积则大致随反离子的增大而增大. 而表面张力的变化则较为复杂. cmc时的表面张力随反离子的增大先上升(从全氟辛酸铵到全氟辛酸四乙铵)后下降(从全氟辛酸四乙铵到全氟辛酸四丁铵). 通过反离子的空间位阻、疏水性、插入以及电荷屏蔽效应对上述结果做了解释.     

含氟表面活性剂水溶液的物理化学性能

一、测定了全氟醚系列阳离子季胺盐及非离子型氧化物含氟表面活性剂、最低表面张力、临界胶束浓度、表面过剩吸附量、分子在表面上占有截面积、以及在环已烷及汽油上的扩散系数。二、得到下列几个结论: 1.FCI-n_2季胺盐,FCI-n_3季胺盐,FCO-n_2氧化物最低表面张力均为15.1达因/厘米,FCO-n_1氧化物表面张力17.2达因/厘米低于FCI-n_1季胺盐18.5达因/厘米。 2.全氟醚系列氧化物的临界胶束浓度比相应的全氟醚季胺盐低。     

支链醇对Gemini表面活性剂表面活性和胶束化行为的影响

Gemini表面活性剂是一类高效的新型表面活性剂,而醇是工业界和日化领域最常采用的表面活性剂助剂,因此研究不同结构的醇对Gemini表面活性剂表面活性和胶束化行为的影响规律和机理对于促进Gemini表面活性剂的发展和实际应用具有重要意义.利用表面张力、电导、等温滴定微量热,低温透射电镜和核磁共振研究了直链醇1-戊醇和具有相同主链的支链醇2-己醇与3-庚醇对具有不同长度连接基团阳离子季铵盐型Gemini表面活性剂C₁₂C_SC₁₂Br₂ （S=2,4,6,8,10,12）的表面活性和胶束化行为的影响,结果发现,支链醇能够显著影响表面活性剂在气/液界面的排布,使得C₂₀ （使溶剂的表面张力降低20 mN/m所需的表面活性剂浓度）和γ_CMC （CMC时表面张力值）随醇支化度的增加而显著降低,而支链醇对表面活性剂在溶液中的临界胶束浓度以及胶束的尺寸和形貌均没有明显影响,同时这些醇对Gemini表面活性剂的影响与连接基团的长度相关.阐述了上述结果产生的机理,将有助于指导如何选择合适结构的醇助剂去调控Gemini表面活性剂的表面和溶液性质.     

全氟壬烯氧基苯磺酸钠/辛基酚聚氧乙烯醚-10复配体系的铺展性能

分析全氟壬烯氧基苯磺酸钠(OBS)与辛基酚聚氧乙烯醚-10(OP-10)复配比例对溶液的表面张力、油/水界面张力及铺展性能的影响,寻求最佳复配比例和最佳铺展浓度.研究结果表明,OBS/OP-10混合水溶液与OBS单一组分水溶液相比,表面张力略有增加,界面张力显著降低,因此混合水溶液的铺展性能显著改善,原来在环己烷上不铺展,复配后变得铺展.尤其以质量比为1∶3,浓度为3.12 mmol/L体系水溶液的铺展性能最好,可以在环己烷上快速铺展,而且显著降低了OBS的用量,约降低了67％ OBS用量,提高了经济效益.同时对OBS/OP-10不同复配比例的水溶液最佳铺展浓度进行了研究,发现由表面张力确定的临界胶束浓度、界面张力确定的临界胶束浓度并非最佳铺展浓度,三者之间有一定偏差,其中,最佳铺展浓度介于表面临界胶束浓度、界面临界胶束浓度之间,差额取决于氟碳表面活性剂和碳氢表面活性剂的性质及配比.     

不等链长的碳氟、碳氢正负离子表面活性剂混合体系的表面活性

研究了全氟辛酸钠与溴化十四烷基三甲铵混合水溶液的表面活性. 测定了不同比例混合物水溶液的表面张力-浓度曲线, 得出临界胶团浓度(cmc)及监 界胶团浓度时的溶液表面张力(γcmc)值. 应用Gibbs吸附公式及吸附层中两表面活性剂分子相互作用参数法求出表面总吸附量、吸附层组成及两表面活性剂分别吸附量等. 指示此吸附层具有多分子层性质. 这可能是碳氢、碳氟正负离子混合体系的特点.     

以全氟丁基为基础的具有高表面活性的氟表面活性剂

氟表面活性剂的环境和生物降解问题是最近的热点, 特别是全氟长链(≥C8)氟表面活性剂的应用限制乃至禁用已成为必然趋势. 本文合成了一种以短链的全氟丁基为基础的阳离子氟表面活性剂, N-[3-(二甲基胺基)丙基]全氟丁基磺酰胺盐酸盐(C4F9SO2NH(CH2)3NH(CH3)+2Cl-, 简称为PFB-MC). 该表面活性剂适用于强酸性环境, 具有极高的表面活性, 其溶液最低表面张力(19.80 mN·m-1)和通常的氟表面活性剂相当. 通过表面张力方法得到了固定pH(pH=2.6-2.7)情况下PFB-MC的表面张力-浓度对数(γ-lgc)曲线, 以及该pH下外加盐([NaCl]=0.1 mol·L-1)对表面张力的影响; 并进一步研究了pH对PFB-MC在其临界胶束浓度(cmc)前后的表面张力的影响.     

加盐导致的全氟辛酸盐表面活性的反常行为

通过测定全氟辛酸铵(APFO)、全氟辛酸三甲铵(TMHPFO)、全氟辛酸三乙铵(TEHPFO)在不同浓度NaCl (0.1, 0.3, 0.5 mol•L^－1)存在时水溶液的表面张力曲线, 考察不同反离子的氟表面活性剂其表面活性随无机盐浓度的变化. 结果表明, NaCl对APFO的胶束化有明显的促进作用|对于TMHPFO和TEHPFO则在NaCl浓度较低时有很小的促进作用, NaCl浓度较高时由于Na^＋和N(CH₃) (或N(CH₂CH₃) )之间的离子交换作用反而临界胶束浓度(cmc)增大. APFO, TMHPFO的最低表面张力(γ_cmc)随着NaCl浓度的增大而增大. 而对于TEHPFO, 少量NaCl的加入有利于降低γ_cmc、然后随着NaCl浓度的增大TEHPFO的γ_cmc增大. 这说明, 加盐溶液中始终存在着屏蔽效应和离子交换作用的竞争, 随着NaCl浓度增大离子交换趋势增大|对于疏水性较高的三乙铵离子在NaCl存在的情况下离子交换作用导致的γ_cmc升高需要更高的NaCl浓度才能显现. 通常认为外加无机盐是增强表面活性剂的表面活性的方法之一, 本工作表明, 对于有些反离子为有机阳离子的氟表面活性剂, 外加无机盐, 如NaCl, 不仅不能起到显著的增效作用, 浓度大时甚至会降低表面活性剂的效能. 所以这类表面活性剂在实际使用时应尽量避免高盐环境.     

丙烯酰胺型阴离子表面活性单体的化学结构与其胶束化行为

对两种丙烯酰胺型阴离子表面活性单体(2-丙烯酰胺基十四烷磺酸钠, NaAMC₁₄S; 2-丙烯酰胺基十二烷磺酸钠, NaAMC₁₂S)的化学结构与胶束化行为的关系进行了较深入的研究. 使用紫外分光光度法测定了NaAMC₁₄S, NaAMC₁₂S及十二烷基磺酸钠(SDS)在水中的溶解度, 同时采用表面张力法(环法)测定了它们在不同温度下的临界胶束浓度CMC; 采用稳态荧光探针法测定了不同浓度的胶束聚集数与本征胶束聚集数. 实验结果表明, 与普通表面活性剂相比, 由于丙烯酰胺型阴离子表面活性单体分子中具有两个亲水头基, 在水中的溶解性能较强, 故具有较低的Krafft温度; 在溶液表面的饱和吸附量低, 故降低水表面张力的能力较差, 即表面活性差; 疏水缔合的胶团较为疏松, 故聚集数很小; 胶束内分子间的疏水相互作用较弱, 故临界胶束浓度CMC较高.     

支链化甜菜碱和阳离子表面活性剂在聚甲基丙烯酸甲酯表面的吸附及其润湿性质

利用座滴法研究了两性离子表面活性剂支链十六烷基(聚氧乙烯)_n醚羟丙基羧酸甜菜碱(n = 0, 3)和阳离子表面活性剂支链十六烷基(聚氧乙烯)_n醚羟丙基季铵盐溶液在聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)表面上的润湿性质,考察了表面活性剂类型、结构及浓度对接触角的影响趋势。研究发现,表面活性剂浓度低于临界胶束浓度(cmc)时,分子通过氢键以平躺的方式吸附到PMMA界面,亲水基团靠近固体界面, PMMA表面被轻微疏水化;表面张力和粘附张力同时降低,导致此阶段接触角随浓度变化不大。浓度高于cmc时,表面活性剂通过疏水作用吸附,亲水基团在外, PMMA表面被明显亲水改性,接触角随浓度升高显著降低。由于具有相同的支链烷基,表面活性剂类型变化和聚氧乙烯基团的引入对接触角影响不大。     

磺酸基丙烯酸酯三元无规共聚物胶束的聚集行为

采用自由基溶液共聚合法,合成了系列磺酸基丙烯酸酯三元无规共聚物表面活性剂(APSA).利用FTIR、1H-NMR、13C-NMR、GPC及元素分析证实了APSA的结构及组成.APSA胶束为核壳结构,随磺酸基含量增加,亲水层增厚.低剪切速率下,APSA溶液的黏度随磺酸基含量的增加而增加,胶束间的相互作用增强,假塑行为增强;高剪切速率下,黏度基本保持一致.DLS和表面张力表明,APSA1可将水溶液的表面张力降至43.26 m N/m.随亲水基团增加,表面张力增加,临界胶束浓度(cmc)增加.溶液浓度在cmc以下时,光散射强度较低且变化缓慢,高于cmc后,光散射强度呈现急剧的线性增长趋势,胶束聚集数急剧增加.随溶液浓度和亲水基团增加,胶束尺寸和分布系数增加.荧光光谱表明,随APSA浓度增加,I1/I3值从1.8降低到约1.2,芘的(0,0)吸收峰从334 nm迁移到338 nm,I338/I334值从0.7增大到1.45,表明疏水基团聚集形成疏水微区,芘分子从水相极性环境转移到胶束疏水内核.随亲水基团含量增加,分子聚集形成胶束的难度增加,速率降低.     

一种新型表面活性剂的表面活性的研究

采用表面张力法确定了新型表面活性剂3-对壬基苯氧基-2-羟丙基三甲基溴化 铵的临界胶束浓度(cmc)，并考察了盐度、温度和pH值对其cmc的影响。结果表明， 此种表面活性剂的表面活性较高，盐度对其cmc影响最大，其次是pH值，温度对其 cmc的影响较为复杂。理论计算结果表明，采用热力学函数可较好地解释试验结果 。     

一种非离子型含氟聚氨酯表面活性剂的合成及性能

以甲苯-2,4-二异氰酸酯(2,4-TDI)、2-甲氧基-3-全氟壬烯氧基丙醇和聚乙二醇(PEG)等为主要原料,通过分布缩合得到一种非离子型含氟聚氨酯表面活性剂,并利用红外光谱对其进行了表征。讨论了加料方式、亲水单体相对分子质量、聚乙二醇用量等因素对产品性能的影响。实验结果表明,当n(2,4-TDI):n(氟醇):n(PEG)=1:1:1.1时,采用先加入TDI和氟醇,反应一段时间后滴加PEG的加料方式,能够合成得到综合性能较好的非离子型含氟聚氨酯表面活性剂。对该表面活性剂在水相中的表面活性进行了测试,所制得的非离子型含氟聚氨酯表面活性剂(FPU-1)的相对分子质量为1310,其临界胶束浓度约为9.54×10-5mol/L,水溶液的最低表面张力为20.88mN/m。     

手性赖氨酸基Gemini表面活性剂的表面性能

用表面张力法、电导法和稳态荧光法研究了手性Gemini表面活性剂[C₁₂-m-C₁₂] Na₂（m=2,4,6）和[C₁₂-T-C₁₂] Na₂的表面性能及临界胶束聚集数,并计算胶束形成的热力学参数,用圆二色谱法考察了[C₁₂-2-C₁₂] Na₂在不同浓度下的立体构型. 结果表明,手性Gemini表面活性剂的临界胶束浓度（cmc）和临界表面张力γ_cmc随着连接基链长增加或刚性增强而增大;ΔG_m⁰和ΔH_m⁰为负值,|ΔH_m⁰|比|-TΔS_m⁰|小很多,说明胶束化过程为熵驱动的自发放热过程;随着连接基链长增加或刚性增强,ΔG_m⁰和ΔH_m⁰逐渐增大,ΔS_m⁰和临界胶束聚集数逐渐减小,表明其胶束化能力随之降低;当浓度大于cmc时,手性Gemini表面活性剂可形成手性超分子聚集体.     

系列离子液体型Gemini咪唑表面活性剂在水溶液中的分子动力学模拟

利用分子动力学模拟方法研究了系列离子液体型Gemini咪唑表面活性剂在水溶液中的表面活性和胶束化能力. 模拟结果表明,压力张量法得到的表面张力模拟值偏小,需乘以修正系数矫正;分子动力学模拟得到的临界胶束浓度变化规律与实验相符,可以定性比较不同结构的离子液体型Gemini咪唑分子间的胶束化能力;温度的升高会加剧分子的热运动,不利于离子液体型Gemini咪唑表面活性剂在水溶液中形成胶束;此外,研究还发现联接基不同的离子液体型Gemini咪唑表面活性剂可能遵循不同的胶束化机理.S≤6时,单个分子自组装成胶球后发生聚合形成大胶团.随着咪唑上长烷烃链碳数的增加,[C_n-4-C_nim]胶束化能力提高;而随着联接链长度增加,[C₁₀-S-C₁₀im]胶束化能力降低;当S ＞6时,分子联接基弯曲并伸入其它分子烷烃链内部以减小头基分离力,从而形成稳定的胶束或胶团.随着联接基团亚甲基数的增加,头基斥力减小,附加疏水相互作用增强,[C₁₀-S-C₁₀im]胶束化能力提高.     

支链化阳离子和甜菜碱表面活性剂对聚四氟乙烯表面润湿性的影响

利用座滴法研究了支链化阳离子表面活性剂十六烷基羟丙基氯化铵(C₁₆GPC)和两性离子表面活性剂十六烷基羧酸甜菜碱(C₁₆GPB)在聚四氟乙烯(PTFE)表面上的吸附机制和润湿性质, 考察了表面活性剂浓度对表面张力、接触角、粘附张力、固液界面张力和粘附功的影响趋势. 研究发现, 低浓度条件下, 表面活性剂疏水支链的多个亚甲基基团与PTFE表面发生相互作用, 分子以平躺的方式吸附到固体界面; 支链化表面活性剂形成胶束的阻碍较大, 浓度大于临界胶束浓度(cmc)时, C₁₆GPC和C₁₆GPB分子在固液界面上继续吸附, 与PTFE作用的亚甲基基团减少, 分子逐渐直立, 固液界面自由能(γ_sl)明显降低. 对于支链化的阳离子和甜菜碱分子, 接触角均在浓度高于cmc后大幅度降低.     

表面张力法和电导法对比测定表面活性剂临界胶束浓度*

通过比较表面张力法和电导法测定阴离子表面活性剂十二烷基硫酸钠(SDS)和非离子表面活性剂辛基酚聚氧乙烯醚(TX-100)的临界胶束浓度的实验效果,明确了2种方法的优劣。 采用挂环法测试了不同浓度SDS和TX-100水溶液的表面张力,得到了它们的临界胶束浓度以及饱和吸附量、分子截面积;采用电导法研究上述2种表面活性剂溶液的电导率曲线,仅得到SDS的临界胶束浓度。与电导法相比,表面张力法得到的表面活性剂性质信息更多,应用更广泛。该实验使学生加深理解不同电性表面活性剂临界胶束浓度的性质及测定方法,明确不同方法的优缺点,扩大知识面,同时也提高学生处理数据的能力,为学生今后进一步学习应用表面活性剂打下良好基础。     

Gemini型CO_2/N_2开关表面活性剂的制备及性能研究

以CO_2/N_2为开关,在CO_2的作用下连接基1,6-己二醇硫酸酯钠盐与N,N-二甲基烷基胺发生相互作用,制备出不同链长的Gemini型CO_2/N_2开关表面活性剂,鼓泡通入N_2后会使该类表面活性剂的表面活性消失,重复通入CO_2和N_24次,能可逆地控制Gemini表面活性剂表面活性的有无.测量了3种不同疏水链碳数(14,16和18)的Gemini型CO_2/N_2开关表面活性剂水溶液的表面性能,实验结果显示随着表面活性剂疏水链长的增加,临界胶束浓度(ccmc)和气液界面最大吸附量(Γmax)逐渐减小,表面活性剂在界面的单分子面积(Amin)和效率因子(pc20)值逐渐增大,表面压(πcmc)受疏水链长影响较小,表现出较高的表面活性.以CO_2和N_2为开关还可控制表面活性剂起泡性能,循环4次,对起泡能力没有影响.     

表面活性剂的协同作用在甲维盐微乳剂中的应用

通过测定不同类型的单一及复配型表面活性剂水溶液的临界胶束浓度和表面张力,研究了它对W(甲维盐)=1%微乳剂的性能影响。膦酸酯类阴离子表面活性剂A的临界胶束浓度为1.79×10-4mol/L,表面张力为28.90mN/m;苯乙烯基酚聚氧乙烯聚氧丙烯醚嵌段型非离子表面活性剂B(EPE型)的临界胶束浓度为1.91×10-4mol/L,表面张力为20.70mN/m;按m(A)∶m(B)=2∶3形成的复配型表面活性剂2#的水溶液的临界胶束浓度为9.30×10-5mol/L,表面张力为25.66mN/m。当W(2#)=10%时,配制W(甲维盐)=1%的微乳剂物理稳定性最佳,各项指标均合格。对甘蓝小菜蛾幼虫的田间药效的试验,结果表明该药剂具有较强的杀虫作用和较长的持效期,具有较好的推广应用前景。     

新型非离子性嵌段型聚氨酯表面活性剂的合成及其表面活性研究

本文以异佛尔酮二异氰酸酯、聚醚为主要原料,通过逐步聚合得到新型非离子性两、三嵌段型聚氨酯表面活性剂(Di/Tri-PUn),使用红外光谱及1HNMR对其结构进行了表征,并用表面张力仪对其表面活性进行了测定。实验结果表明,所制备出的六种非离子性两、三嵌段型聚氨酯表面活性剂均具有较低的临界胶束浓度(其中Di-PUn系列临界胶束浓度数量级可达10-6),产物Di-PU34水溶液在室温下的表面张力最低可达33.7mN/m,并且在浓度很低时仍具备较好的降低表面张力的能力。