酯基Gemini双季铵盐表面活性剂的研究进展

Gemini双季铵盐表面活性剂性能优异但生物和化学降解性差,在Gemini双季铵盐表面活性剂结构中引入酯基官能团可以提升产物性能。酯基Gemini双季铵盐表面活性剂含有酯基和双季铵盐基,具有高表面活性、吸附、絮凝、抗盐、湿润、乳化、杀菌防腐和易生物分解等优点,应用前景广阔。本文综述了酯基Gemini双季铵盐表面活性剂的合成路线、性能和石油化工的应用状况,结合发展需求对酯基Gemini双季铵盐表面活性剂的未来发展进行了分析和展望。

含酯基Gemini表面活性剂的制备及性能研究

以氯乙酰氯和1,4-丁二醇作为反应物合成中间体——氯乙酸丁二醇双酯,再与不同碳链长度的叔胺反应合成系列含酯基的季铵盐Gemini表面活性剂。经红外、核磁共振仪等表征证明成功合成出了该产物,测定其CMC值发现较同级别表面活性剂优势明显,具备更低数量级的CMC值。

一种含酯基不对称阳离子Gemini表面活性剂的合成

报道了一种含酯基不对称Gemini表面活性剂n-C12H25(CH3)2N+CH2CH2OCO2CH2CH2N+(CH3)2C16H33-n.2Br(Ⅰ)的合成。在丙酮溶液中,N,N-二甲基乙醇胺与光气反应得到二(N,N-二甲基胺基乙基)碳酸酯(Ⅱ),收率60%(以N,N-二甲基乙醇胺计);Ⅱ在丙酮中与1-溴代正十二烷反应,经石油醚处理,再用1-溴代正十六烷季铵盐化,经乙腈重结晶后,得白色固体产物Ⅰ,质量分数为99.4%,收率为50%(以1-溴代正十二烷计)。用电导率法测定其CMC=1.93×10-4mol/L。

含酯基Gemini双季铵盐表面活性剂的合成及应*用

以环氧氯丙烷(EPIC)与十二烷基二甲基胺在丙酮溶剂中反应,然后与己二酸酯化合成含酯基Gem in i型季铵盐表面活性剂:3,3′-己二酰氧基-2,2′-二羟基-二丙基-双(十二烷基二甲基氯化铵),它可生物降解。用正交实验法对其合成条件进行了优化,在优化的合成条件下反应产率达65.3%。用IR1、HNMR、元素分析方法对产物结构进行了表征。其性能测试结果显示,临界胶束浓度为1.43×10-5mol/L,表面张力为38.7 mN.m-1,有优良的织物柔软性能。

含多酯基不对称阳离子Gemini表面活性剂的合成及性能

报道了一种含多酯基不对称阳离子Gem in i表面活性剂(Ⅰ)的合成。在甲醇钠催化下,N,N-二甲基乙醇胺与邻苯二甲酸二甲酯酯交换制得二(N,N-二甲基氨基乙基)邻苯二甲酸酯(Ⅱ),收率92%(以邻苯二甲酸二甲酯计);氯乙酸分别与十二醇、十六醇反应合成氯乙酸十二醇酯(Ⅲ)和十六醇酯(Ⅳ),产率分别为93%(以十二醇计)、91%(以十六醇计);(Ⅱ)与(Ⅲ)反应,经石油醚洗涤除去杂质后,再与(Ⅳ)季铵盐化,经乙腈重结晶,得白色晶体(I),采用两相滴定法测定其质量分数为99.5%,收率59%(以氯乙酸十二醇酯计)。用IR1、HNMR、元素分析表征了其结构,测定了其CMC和γCMC,研究了其乳化性和泡沫性质。

含有酰胺基或酯基的可降解阳离子Gemini表面活性剂在水溶液中的 聚集行为

建立高效的可降解表面活性剂是降低表面活性剂对环境污染的重要途径。本工作合成了一系列疏水链或联接基团上含有酰胺基或酯基的可生物降解阳离子Gemini表面活性剂、酰胺基在疏水链的单链表面活性剂以及酰胺基同时在疏水链和联接基团上的Gemini表面活性剂,系统研究了降解基团结构和位置对Gemini表面活性剂聚集行为的影响及Gemini表面活性剂和单体表面活性剂在表面活性和聚集行为方面的差异。结果表明,疏水链带有酰胺键的Gemini表面活性剂C12A-Cn-AC12的临界胶束浓度(cmc)比对应的单链表面活性剂低一个数量级,位于疏水链上的酰胺基可有效促进Gemini表面活性剂C12A-Cn-AC12的氢键形成和自组装。核磁共振氢谱(1H NMR)表明,短联接基团和氢键的共同作用导致C12A-C2-AC12在单体与聚集体间呈现慢交换。对于连接基团含有酰胺键的Gemini表面活性剂(C12-ACnA-C12),酰胺基可明显增加连接基团的有效长度,C12-AC12A-C12在浓度高于cmc时呈现“U”形结构,成为表面活性剂的疏水部分。与只有疏水链或者只有连接基团上含有酰胺键的Gemini表面活性剂相比,连接基团和烷基链上均含有酰胺基的Gemini表面活性剂呈现出更小的cmc和胶束微极性值、更放热的胶束化焓。含酯基的Gemini表面活性剂分子存在醇-酯平衡,且可通过水分子形成的桥连作用形成氢键,比酰胺基间的直接氢键弱,因此,含有酯基的Gemini表面活性剂C12E-C6-EC12和C12-EC6E-C12具有较低的表面活性、较高的胶束离子化度、较大的微极性、聚集过程放热更少。

含酯基双子季铵盐阳离子表面活性剂的合成及性能

分别以氯乙酸辛酯 ,氯乙酸十二醇酯、氯乙酸十四醇酯和四甲基乙二胺反应合成了相应的含酯基双子季铵盐阳离子表面活性剂化合物 (Ⅰ～Ⅲ )。滴体积法测定化合物Ⅰ～Ⅲ的表面张力和cmc。γcmc分别为2 7 3 1、 3 3 73和 3 4 0 1(mN/m) ,cmc分别为 5 0 1× 10 -3 、 3 98× 10 -3 和 3 16× 10 -3 (mol/dm3 )。

羟基和酯基型Gemini双季铵盐表面活性剂在煤沥青表面的润湿特性

以自制的羟基和酯基型Gemini双季铵盐表面活性剂为研究对象,在考察其表面活性的基础上,进一步研究了表面活性剂在煤沥青表面的润湿性。研究表明,羟基型Gemini表面活性剂在煤沥青表面的接触角随疏水链长度的增长呈先减小后增大趋势,其中C_(12)-OH在煤沥青表面的润湿效果最好;对于m-n-m酯基型Gemini表面活性剂而言,接触角随疏水链长度的增长而降低。当疏水链长度一定时,m-6-m在煤沥青表面的润湿效果比m-2-m好。在一定浓度范围内,C_(10)-OH、C_(12)-OH和12-2-12 3种Gemini表面活性剂的表面张力与其在煤沥青表面黏附张力呈线性关系。煤沥青表面的Zeta电位随Gemini表面活性剂浓度的增大呈先增大后趋于平稳的趋势。

酯基Gemini型季铵盐表面活性剂与SDS的相互作用

研究了酯基Gemini型季铵盐表面活性剂[Cm-1H2m-1COOCH2CH2(CH3)2N+(CH2)n+N(CH3)2CH2CH2OOCCm-1H2m-1]·2Br-(简称II-m-n,m=10,12;n=3,4,6)与十二烷基硫酸钠(SDS)的复配体系的相互作用以及无机盐(NaBr)对复配体系表面活性的影响.结果发现,其复配体系具有显著的胶团化协同增效作用和降低表面张力的增效作用,并且II-10-n与SDS的复配体系的增效作用具有等链长效应.II-m-n/SDS复配体系的胶团化协同增效作用随n增大而增强.混合胶团中II-m-n与SDS的摩尔比均近似为1∶1,显示各复配体系的混合胶团均带电性,因此NaBr的加入能增强复配体系的表面活性和促进混合胶团的形成.

Gemini型磺基琥珀酸酯钠表面活性剂的结构与性能的关系

以不同的醇为原料,合成了不同的Gemini型磺基琥珀酸酯钠阴离子表面活性剂,对它们的表面化学性能和应用性能进行了测定,并将其性质与其结构的关系进行关联。结果表明:其活性高于相应单基表面活性剂,且联结基、憎水链长度对其活性有影响。联结基长度增加,产物的临界胶束浓度(CMC)降低,对应的表面张力增加,其乳化性、起泡性、稳泡性、渗透力降低,增溶性提高;憎水链长度增加,CMC降低,对应的表面张力先减后增,其乳化性、稳泡性、增溶性提高,起泡性先增后减,渗透力减弱。

酯基Gemini型季铵盐表面活性剂的合成与性能

合成了一系列酯基Gemini型季铵盐表面活性剂:烷基-α,ω-双(二甲基酰氧乙基溴化铵),标记为II-m-n(m=12,14;n=3,4,6);采用红外光谱和核磁共振进行结构表征.测定了相关的性能,结果表明,酯基Gemini型季铵盐表面活性剂具有很强的胶束生成能力,其临界胶束浓度(cmc)为2.63×10-4～ 4.17×10-4 mol·L-1(m=12)及2.88×10-5～ 4.46×10-5 mol·L-1(m=14),分别比相应的单季铵盐表面活性剂的临界胶束浓度低两个数量级;其泡沫稳定性、乳化性能和杀菌性明显优于相应的单季铵盐表面活性剂.

含酯基不对称阳离子表面活性剂的合成研究

以邻苯二甲酸二甲酯及N,N-二甲基乙醇胺为原料,甲醇钠的甲醇溶液为催化剂,经酯交换反应,合成中间体N,N-二甲基氨基乙基邻苯甲酸酯（I）,收率24.90%。I与1-溴代正辛烷进行季铵化反应,生成含酯基不对称阳离子表面活性剂（II）,收率51.61%。通过对季铵化反应单因素试验条件的考察,确定了较佳的工艺合成条件。中间体和产物的结构由~1H-NMR、IR进行表征。

酯基Gemini型季铵盐表面活性剂的合成与性能

合成了系列酯基Gemini型季铵盐表面活性剂:烷基α,ω双(二甲基酰氧乙基溴化铵).采用红外光谱和核磁共振进行结构分析;用两相化学滴定法测定活性物含量,结果表明:6种已合成的酯基Gemini型季铵盐表面活性剂的活性物质量分数均在98.5%以上.同时测定了产物的表面活性、泡沫性能和乳化性能,结果表明:酯基Gemini型季铵盐表面活性剂具有较高的表面活性,其临界胶束浓度介于4.46×10-5～4.17×10-4mol/L之间,而相应的单季铵盐表面活性剂C14TABr和C12TABr的临界胶束浓度分别为4.00×10-3mol/L及1.50×10-2mol/L;酯基Gemini型季铵盐表面活性剂的泡沫稳定性及乳化性能也明显优于相应的单季铵盐表面活性剂.

一种含酯基的酰胺型阳离子双子表面活性剂的合成及性能

以溴乙酸、乙二醇、月桂酸和N,N-二甲基-1,3-二氨基丙烷为原料,通过三步反应合成了一种含酯基的酰胺型阳离子双子表面活性剂C_(12)-(BAE)-C_(12),并通过红外光谱(FT-IR)、核磁共振氢谱(1H NMR)和质谱(MS)对产物结构进行了表征。通过表面张力、电导率和荧光3种不同方法测定了C_(12)-(BAE)-C_(12)的临界胶束浓度(cmc),利用电导率法测定了其在25、35和45℃条件下的热力学函数,以及测定了其乳化和抗静电性能。结果表明,25℃时C_(12)-(BAE)-C_(12)在不同测定方法下的cmc分别为0.3311、0.5328和0.3162 mmol/L,根据相关公式计算所得热力学参数进一步说明其胶束化过程为熵驱动,且升高温度会阻碍体系的胶束化。此外,相关应用性能测定结果还表明C_(12)-(BAE)-C_(12)与传统单链阳离子表面活性剂十二烷基三甲基溴化铵(DTAB)相比具有更好的乳化和抗静电效果。

酯基型双子表面活性剂的合成及驱油性能

采用丁二酸酐、N,N-二甲基乙醇胺和溴代烷C_nH_(2n+1)Br(n=10、12、14、16、18)通过两步反应制备了含酯基的阳离子双子表面活性剂[简称为GSn-EG-n(n=10、12、14、16、18)]。利用FTIR、~1HNMR对GS14-EG-14结构进行表征,用表面张力仪、电导率仪、荧光光谱仪(FLD)、光学接触角测量仪和界面张力仪对GSn-EG-n的溶液性质进行测定。结果表明,随着碳链长度的增加,表面活性剂越易聚集缔合成胶束,GS18-EG-18临界胶束浓度(CMC)最低达到2.14×10^(-5)mol/L,GS14-EG-14溶液的表面张力最低降至33.50 m N/m。通过测定不同温度下溶液的电导率,发现其电导率随着温度的升高而增大。乳化性和润湿性测试结果表明,GS14-EG-14乳化系统中,油/水分离时间达到180 min,且在聚四氟乙烯板(简称PTFE)上的接触角为69.3°,说明GS14-EG-14具有很好的乳化性能和润湿性能。GS18-EG-18仅用28 min可以将油/水界面张力降低至8.6×10^(-3)m N/m。GSn-EG-n的最终驱油效率达54.2%。

邻苯二甲酸酯Gemini表面活性剂的合成及性能

采用N,N-二甲基乙醇胺与邻苯二甲酰氯反应得到二(二甲基胺基乙基)邻苯二甲酸酯(Ⅰ),然后Ⅰ再与正溴代十六烷反应,经处理后得到邻苯二甲酸酯基Gemini表面活性剂SHZ16,收率83%(以邻苯二甲酰氯计)。用两相滴定法分析其质量分数为99.2%。采用电导法测定了其CMC值为2.02×10-5mol/L,采用滴体积法测定了γCMC为41.87 mN/m,并考察了其增溶性、黏度、乳化性能和泡沫性质,该性能优于传统表面活性剂十二烷基硫酸钠(SDS)。

一种碳酸酯Gemini表面活性剂的合成及性能研究

合成了一种碳酸酯基Gemini表面活性剂C12H29(CH3)2N+CH2CH2OCO2CH2CH2N+-(CH3)2C12H29.2Br-(Ⅰ).二(N,N-二甲基胺基乙基)碳酸酯(Ⅱ)与1-溴代十二烷反应,经乙腈重结晶后,得白色固体产物,收率为59.2%(以Ⅱ计).采用IR、1HNMR、元素分析表征了Ⅰ的结构,两相滴定法分析其纯度为98.5%.电导法测定其CMC值为1.12×10-3 mol.L-1,滴体积法测定γCMC为38.59mN.m-1,并研究了其乳化、泡沫以及在活性炭上吸附性能.

酯基Gemini型季铵盐表面活性剂与AEO9的复配体系研究

通过考察酯基Gemini型季铵盐表面活性剂Ⅱ-10-n(n=3,4,6)与十二烷基聚氧乙烯(9)醚(AEO9)复配体系的表面活性发现,复配体系的临界胶团总浓度cmcT值介于二元复配体系中各组分的临界胶团浓度cmc1^0和cmc2^0之间。当溶液中含有少量AEO9时(在溶液体相中的摩尔分数α2=0.1),混合胶团中AEO9的摩尔分数均已超过0.35;随着溶液中AEO9含量的增大,混合胶团中逐渐以AEO9为主成分。复配体系的混合胶团聚集数介于二元复配体系中各组分的胶团聚集数之间,随着溶液中酯基Gemini型季铵盐表面活性剂含量的增加,混合胶团聚集数逐渐减少。

含羧基半酯二元醇的合成及稳定性研究

以邻苯二甲酸酐(PA),丁二酸酐(SA)和三羟甲基丙烷(TMP)为原料合成2种含羧基半酯二元醇新型乳化剂。研究了反应物配比、催化剂、反应温度、中和度、储存温度、溶剂等因素对其储存稳定性的影响,用红外光谱分析、酸值滴定和黏度法分析含羧基半酯二元醇的合成结果及其酸值随储存时间的变化,并采用不同方式提高其储存稳定性。结果表明:储存温度是影响SA-TMP稳定性的重要因素,在27℃时SA-TMP的储存稳定性最好;反应物配比和反应温度均对其稳定性影响甚微;加入催化剂可明显缩短反应时间,但对SA-TMP稳定性贡献不大;对SA- TMP中的羧基进行部分中和或加入部分溶剂可有效提高其储存稳定性。

油脂与蔗糖转酯合成生物基表面活性剂的研究

以蔗糖和茶籽油为原料,用微乳化法一步转酯合成了含蔗糖脂肪酸酯及甘油单酯的生物基表面活性剂。考察了糖油摩尔比、乳化剂用量、催化剂用量、反应温度、反应时间对产物收率的影响。结果表明:蔗糖与茶籽油摩尔比4∶1,碳酸钾用量为原料总质量的4%,乳化剂用量为原料总质量的15%,反应温度130℃时反应5 h,产物的收率最高。HPLC-MS^2分析表明,该产品主要由蔗糖脂肪酸酯及甘油单酯组成。产品的乳化能力、起泡能力和泡沫稳定性均优于商品蔗糖酯SE-15。