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本文采用分子设计原理,将马来酸酐先聚合为齐聚物,然后再与长链脂肪醇反应将其改性为一类低聚表面活性剂。文中首先通过正交试验探讨了反应条件对马来酸酐聚合反应的影响,然后用优化反应条件下制备的产物与长链脂肪醇进行酯化反应后得到聚马来酸单脂肪醇酯(PMAM),PMAM经中和后是一类低聚表面活性剂,通过表面化学分析探讨了该类表面活性剂的表面张力、CMC浓度、润湿力、起泡力和乳化力等性能。最后将聚马来酸脂肪醇单酯钠盐(PMAMS)应用于皮革复鞣加脂工序中,考察了它们的应用性能。
制备聚马来酸酐时主要以马来酸酐的反应转化率为考察目标,首先初步探索在不同溶剂(甲苯,丙酮,N,N-二甲基甲酰胺-DMF,二乙二醇二甲醚,DMF与丙酮的混合溶液)中马来酸酐的转化率,试验结果表明在甲苯、丙酮、二乙二醇二甲醚或DMF与丙酮的混合溶液中马来酸酐的转化率仅为20%左右,而在DMF溶剂中马来酸酐的转化率超过50%。由以上数据可以看出DMF是上述溶剂中马来酸酐聚合的最佳反应介质。通过两轮正交试验确定了在DMF中合成聚马来酸酐的优化反应条件是:温度120℃;引发剂用量16%;时间4h; m(DMF):m(马来酸酐)=2.0:1,此时马来酸酐的转化率可达74.7%。通过IR和1H-NMR对聚马来酸酐进行了表征,用GPC测定了聚马来酸酐的相对分子质量分布,并用热重-差示扫描(TG-DSC)同步热分析仪对其热稳定性进行了研究。
聚马来酸酐和长链脂肪醇反应主要受酯化方法影响,在丙酮中以三乙胺催化回流可以制备较优的PMAM。通过探索试验和正交试验确定了在丙酮中以三乙胺催化回流制备聚马来酸单十二醇酯的优化反应条件为:m(丙酮):m(聚马来酸酐)=2.0:1,反应时间4 h,催化剂用量1.0%,此时聚马来酸酐的酯化产率达到87.2%。通过IR对聚马来酸单十二醇酯钠盐(PMAMS-C12)的结构进行了表征,用GPC测定了PMAMS-C12的相对分子质量分布。
PMAM经烧碱液中和后,是一类低聚表面活性剂。它的分子结构中有至少两个离子头基靠联接基团通过化学键连接,由此造成了表面活性剂单体离子间的连接相当紧密,致使其碳氢链间更容易产生强相互作用,这既加强了碳氢链间的疏水结合力,又使得离子头基间的排斥倾向受制于化学键力而被大大的削弱,从而使得PMAMS低聚表面活性剂与传统的单链单头基表面活性剂相比较,具有较好的表面活性、良好的润湿渗透力、乳化力和起泡力。
PMAMS的分子链上既含有长的脂肪链,又有能与铬鞣革中Cr3+结合的羧基,经其处理的革经多价金属离子(如Cr3+等)固定后则可赋予皮革一定的防水性。因此,PMAMS是一类集加脂、复鞣、防水于一身的多功能合成材料。应用试验结果表明经PMAMS-C12、聚马来酸酐混合醇单酯钠盐(PMAMS-C12~18)或聚马来酸酐单十八醇酯钠盐(PMAMS-C18)处理过的革试样的伸长率、抗张强度和撕裂强度均有着明显的提高,而且经铬鞣剂固定后,革试样具有不错的防水性。通过专家对加脂后革试样的评判、以及物理机械性能和防水性的测试结果,得出如下结论:PMAMS-C12的综合加脂效果较好,但PMAMS-C12~18和PMAMS-C18的防水性较好。