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一种羧酸盐型双子表面活性剂cgs-2的合成与表征 双表面活性剂通过一个连续的基底将两个单链表面活性剂连接起来，减少了离子头基之间的静电排斥，改善了碳氢链之间的水合作力，使表面活性剂的分子更紧密、更高的表面活性剂。因此,gemini表面活性剂在纺织、金属防腐、三次采油等众多领域具有广阔的应用前景。 与阳离子型gemini表面活性剂相比,阴离子型gemini表面活性剂的应用范围更为广泛。从1988年起,日本Osaka大学的Masuyama小组研制了联接基为亲水基团的阴离子型gemini表面活性剂;DOW化学公司生产的二烷基二苯醚双磺酸盐已经实现工业化生产;此外,国内外的一些课题组也开展了阴离子gemini表面活性剂的研究。虽然关于阴离子gemini表面活性剂的报道较多,但是有些文献报道的合成步骤繁琐、成本昂贵、产率较低,工业化生产的前景不大。 绿色表面活性剂已经逐渐成为当今表面活性剂的发展趋势。酰胺基团的引入可以增强表面活性剂分子的生物降解性,还使其具有良好的润湿、乳化、分散和去污性能。羧酸盐型表面活性剂具有性质温和、易生物降解以及原料来自天然等优点。因此,作者合成了一种新型的含有酰胺基团的羧酸盐型gemini表面活性剂CGS-2,并为其工业化生产作了初步的理论探讨。 1 实验部分 1.1 实验仪器与仪器 十二胺,AR,上海阿拉丁试剂有限公司;二溴乙烷,CP,上海阿拉丁试剂有限公司;丁二酸酐,AR,天津光复精细化工研究所;其他试剂均为国产分析纯。NEXUS470傅里叶红外光谱仪,美国Thermo Nicolet公司;Bruker AVANCE Ⅲ核磁共振仪,瑞士Bruker BioSpin公司;PE 2400Ⅱ元素分析仪,美国Perkin Elmer公司;JK99B自动张力仪,上海中晨数字技术设备有限公司;R-1002旋转蒸发仪,郑州长城科工贸有限公司;WRS-1B数字熔点仪,上海精密科学仪器有限公司;DZ-2BC真空干燥箱,天津市泰斯特仪器有限公司;JJ-1电动搅拌器,上海浦东物理光学仪器厂;HH-4恒温水浴锅,苏州威尔实验用品有限公司;BS-210S电子天平,德国赛多利斯公司。 1.2 n-溴乙烷的合成 取16.97 g十二胺溶于50 mL乙醇中,强力搅拌下滴加6.88 g二溴乙烷,80 ℃下反应48 h。反应完成后减压蒸除溶剂得淡黄色粉末状固体。将所得固体用乙醚洗涤至白色,用甲醇-氯仿混合溶剂(体积比1∶2)重结晶2～3次,得白色针状固体。真空干燥24 h后测定其熔点并进行结构表征。 1.3 羧酸盐型gemini表面活性剂的制备 取10 g N,N′-双十二烷基乙二胺与7.58 g丁二酸酐溶于50 mL四氢呋喃中,65 ℃下反应24 h。反应完成后减压蒸除溶剂得白色粉末状固体。将所得固体分散于100 mL蒸馏水中,用NaOH溶液调pH=10～11,过滤除去不溶物。收集滤液,用盐酸调滤液pH=1～2,收集不溶物,用蒸馏水洗涤至中性。将所得固体用混合溶剂乙酸乙酯-乙醇(体积比为1∶3)重结晶2～3次,得白色粉末状固体。真空干燥24 h后测定其熔点并进行结构表征。将所得固体溶于NaOH的乙醇溶液中,减压蒸除溶剂,将得到的固体分散于氯仿,过滤除去不溶物,蒸除溶剂得到的白色粉末即为羧酸盐型gemini表面活性剂CGS-2。制备CGS-2的反应流程为: 1.4 结构性能 采用IR,1HNMR和元素分析对N,N′-双十二烷基乙二胺和CGS-2进行结构表征。 1.5 -lgc曲线的绘制 将CGS-2配成1×10-2mol·L-1的水溶液,采用连续稀释法制得不同浓度(c)的溶液,用铂金板法测定其在298 K时的表面张力(γ)和纯溶剂的表面张力,绘制γ-lgc曲线。转折点两侧直线部分外延,由交点的数据得到临界胶束浓度(cmc)和临界胶束浓度下的表面张力γcmc。仪器测定前用蒸馏水校正。 2 结果与讨论 2.1 n、n-2.乙二胺合成条件的最佳 2.1.1 反应时间对产率的影响 固定n(十二胺)∶n(二溴乙烷)=2.5∶1,乙醇为溶剂,反应温度为80 ℃,改变反应时间,考察反应时间对产率的影响,实验结果见图1。由图1可知,中间产物的产率随反应时间的增加而增加。在反应初期产率增加较快,48 h时产率达到52.4%;随着反应时间继续增加,产率仍有增加,但增加幅度较小,反应72 h时产率为54.1%。考虑工业化生产成本,选取48 h为较佳反应时间。 2.1.2 中间产物的产率 固定乙醇为溶剂,反应温度为80 ℃,反应时间为48 h,改变十二胺与二溴乙烷的摩尔比,考察反应物摩尔比对产率的影响,实验结果见图2。由图2可知,中间产物的产率随着n(十二胺)∶n(二溴乙烷)的增加而增加。当反应物摩尔比达到2.5∶1时,产率为52.4%;而当摩尔比为2.75∶1