论文部分内容阅读
Gemini表面活性剂比传统的表面活性剂具有更好的表界面性能,低毒或环境友好性,具有较好的应用前景。然而限制Gemini表面活性剂推广和应用的原因在于合成难度大,价格昂贵,绝大部分产品停留在实验室研究阶段。芳烃化合物来源广泛,价格低廉,活性位点多,易于修饰,便于产品的工业化开发,并且产品性能优异。本文以廉价大宗化学品长链烷基酚为基础原料,通过缩合和磺化两个简单的合成步骤,开发了一条合成低成本Gemini表面活性剂的简单工艺路线。本文主要研究了壬基酚和十二烷基酚与甲醛缩合反应的工艺路线,通过工艺优化提高了反应转化率和选择性;同时探索了新型催化剂酸性树脂在缩合反应中的应用,并优化了反应条件;将所得偶联产物-甲基偶联双（烷基酚）经过磺化,得到磺酸盐型Gemini表面活性剂,并探索了其潜在应用;在本实验研究范围内,得出如下结果和结论:1.以草酸催化壬基酚（NP）和甲醛（F）的缩合反应,合成了甲基偶联双（壬基酚）（MBN）,并对其进行了红外、质谱以及核磁共振氢谱表征。通过单因素实验对合成条件进行了工艺优化,优化条件为:以正辛烷为溶剂,n（NP）:n（F） = 4:1;t=3 h;T= 120 oC;草酸3% wt。以甲醛计壬基酚的转化率接近100 %,MBN的选择性为91.3 %。同时,反应结束对催化剂草酸进行了回收和重复使用,实验结果表明经过多次重复使用仍有较高的催化活性。该工艺转化率高,选择性好,对环境的污染小,有较好的工业化应用前景。2.使用草酸催化十二烷基酚（DP）与甲醛的缩合反应,通过红外光谱、质谱等手段证实了甲基偶联双（十二烷基酚）（MBD）的分子结构。通过单因素和正交实验,得到合成MBD的最佳工艺条件是:n（DP）:n（F）=4:1; t = 2 h; T=120 oC;草酸3 % wt。在最优条件下进行了三次重复实验,转化率均达到84 %以上,且重复性好。3.以酸性树脂为催化剂,合成了MBN,通过单因素实验对合成条件进行了工艺优化,优化条件为:以R4型树脂为催化剂;n（NP）:n（F） = 4:1; t=6 h; T= 60 oC;树脂用量18 % wt。以甲醛计壬基酚的转化率为94.0 %,MBN的选择性为93.6 %。树脂催化剂经过简单回收重复使用仍具有较高催化活性,其转化率和选择性均保持在90 %以上。4.通过氯磺酸磺化得到疏水碳链长度分别为C9和C12的Gemini阴离子表面活性剂,并经过甲基偶联双（壬基酚磺酸钠）（MBSN）以及甲基偶联双（十二烷基酚磺酸钠）（MBSD）纯品,分离纯化并经红外及质谱鉴定其结构。经测定MBSN的表面化学性能如下:（1） cmc为0.589 mmol·L-1,γcmc为30.0 mN/m;（2）抗钙离子能力为205.3 ppm;（3）钙皂分散力LSDP（%）值为39;（4）耐电解质性质:耐7 % NaCl溶液;耐0.1 mol/L NaOH溶液;耐2.0 mol/L HCl溶液;（5）润湿力:在0.1%浓度,35 oC下润湿时间为52 s;（6）起始泡沫高度H0为132 mm,5 min后泡沫高度H为42 mm,稳泡性H/H0为0.32;（7）乳化时间281 s;（8）增溶能力AM为456 mL/mol。MBSD的表面化学性能如下:（1） cmc为0.457 mmol·L-1,γcmc为32.0 mN/m;（2）钙离子稳定性315.6 ppm;（3）钙皂分散力LSDP%值为21;（4）耐电解质性质:耐3 % NaCl溶液;耐0.02 mol/L NaOH溶液;耐1.0 mol/L HCl溶液;（5）润湿力:在0.1 %浓度,35 oC下润湿时间为23 s;（6）起始泡沫高度H0为155 mm,5 min后泡沫高度为135 mm,稳泡性H/H0为0.87;（7）乳化时间388 s;（8）增溶能力AM为1132 mL/mol。实验结果表明MBSN与MBSD都具有较低的表面张力,高表面活性,碳链长度长的MBSD比碳链长度短的MBSN表面活性更强,耐电解质能力反而降低。