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阳离子表面活性剂的胶束化及界面活性研究

童威  
【摘要】:本文分别合成了6种有N-羟乙基取代的单链季铵盐阳离子表面活性剂和6种双子季铵盐阳离子表面活性剂。它们是:N-十二烷基-N-(2-羟乙基)-N,N-二甲基溴化铵、N-十二烷基-N,N-二(2-羟乙基)-N-甲基溴化铵、N-十四烷基-N-(2.羟乙基)-N,N-二甲基溴化铵、N-十四烷基-N,N-二(2-羟乙基)-N-甲基溴化铵、N-十六烷基-N-(2-羟乙基)-N,N-二甲基溴化铵和N-十六烷基-N,N-二(2-羟乙基)-N-甲基溴化铵,以及三亚甲基-1,3-二(N-十二烷基-N,N-二甲基溴化铵),四亚甲基-1,4-二二(N-十二烷基-N,N--二甲基溴化铵),六亚甲基-1,6-二(N-十二烷基-N,N-二甲基溴化铵),三亚甲基-1,3-二(N-十四烷基-N,N-二甲基溴化铵),四亚甲基-1,4-二(N-十四烷基-N,N-二甲基溴化铵)和六亚甲基-1,6-二(N-十四烷基-N,N-二甲基溴化铵)。采用元素分析(EA)、红外光谱(IR)和核磁共振(NMR)等对合成的12种表面活性剂进行了组成和结构的表征。 系统测定了两个系列的12种阳离子表面活性剂水溶液在298.15、303.15、308.15、313.15、318.15和323.15 K等6个温度下的电导率,获得了其在水中的临界胶束浓度(CMC)和反离子解离率(β)。进一步采用表面张力法和等温滴定量热法(ITC)测定了各表面活性剂的CMC值,不同实验方法测得的CMC值基本一致。 对于N-羟乙基取代的单链季铵盐阳离子表面活性剂,其CMC随着温度的升高而增大,在相同温度下随着碳氢链的增长而减小,羟乙基数目增多CMC略微变小;反离子解离率β随温度及碳链长度的变化规律与CMC的变化规律相似,但对于具有相同碳氢链和不同亲水头基的阳离子表面活性剂,羟乙基数目的增多导致β增大。对于双子表面活性剂,CMC随着温度的升高而增大,在相同温度下随着疏水碳链的增长而减小。根据测得的CMC和β,并结合质量作用模型,计算了表面活性剂胶束化过程的吉布斯自由能变ΔGmic、焓变ΔHmic及熵变ΔSmic等热力学函数。结果表明,ΔHmic和ΔSmic随着温度的升高而减小,ΔGmic变化幅度不大,并具有良好的焓-熵补偿效应。 运用旋转液滴法和悬滴法测定了水/正庚烷/表面活性剂体系的界而张力,系统考察了N-羟乙基取代的单链季铵盐表面活性剂与双子表面活性剂的界面活性。结果表明,双子表面活性剂降低界面张力的能力比单链季铵盐表面活性剂强,其使界面张力下降至最低点所需的浓度远远小于单链季铵盐表面活性剂所需,仅为1×104mol·L-1左右。添加物对于界面张力有明显的影响:无机盐NaCl的加入使得界面张力下降至最低点所需的表面活性剂浓度显著降低,NaCl的含量越高其影响越大,但是对于体系所能达到的最低界面张力影响较小。乙醇、丙醇和正丁醇等醇类的加入对于使界面张力下降至最低点所需的表面活性剂浓度无明显影响,但能使体系的最低界面张力值有所下降,起到了助表面活性剂的作用,其影响效果为乙醇丙醇正丁醇。


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