三（十二烷基二甲基-2-羟丙基氯化铵）柠檬酸酯的合成及物理化学性质研究

论文摘要

以异丙醇为溶剂，采用柠檬酸、环氧氯丙烷和十二烷基二甲基叔胺合成三（十二烷基二甲基-2-羟丙基氯化铵）柠檬酸酯（CTTAC）三聚季铵盐阳离子表面活性剂。得到较佳工艺条件为n（柠檬酸）：n（十二烷基二甲基叔胺）：n（环氧氯丙烷）摩尔比为1.00：3.00：3.05，于85℃下反应12 h，产率大于90％。研究了反应条件对CTTAC产率的影响。用红外光谱、元素分析、′H-NMR等方法对产物进行了结构表征，并对反应机理进行了探讨。 用表面张力法研究了CTTAC在气．液界面的吸附性质，求取了表征CTTAC表面活性的参数cmc、γcmc、Г、A，并与对应的单季铵盐、二聚季铵盐、以及文献报道的三聚季铵盐型阳离子表面活性剂作了对比。用电导法建立了三聚季铵盐型表面活性剂胶团表面反离子解离度的数学模型，以此计算了CTTAC胶团表面的反离子解离度，并与常用经验公式作了比较。 以芘为荧光探针、十六烷基氯化吡啶（CPC）为猝灭剂，用稳态荧光探针法测定了CTTAC的胶团聚集数N。当用芘的饱和水溶液为溶剂配制表面活性剂溶液，CPC的浓度取0.1～0.3 mmol·L-1范围时，得到较好的结果。实验结果表明当表面活性剂溶液浓度为6～10倍cmc时，N随表面活性剂浓度增大而线性增大。并可用外推法得到CTTAC的临界胶团聚集数 N=1.1867CCTTAC+11.7500 根据芘的I1／I3随CTTAC水溶液浓度的变化，测定的CTTAC的cmc值与用表面张力法测量的cmc值比较吻合。实验数据表明，对于胶团聚集数＜100的体系，稳态荧光探针法是较为准确的测定方法。并通过不同N值条件下胶团形状参数的计算对胶团的结构及形状与胶团聚集数的关系进行了分析。 建立了三聚季铵盐型阳离子表面活性剂胶团的质量作用模型，计算了不同温度下CTTAC在水溶液中形成胶团时的热力学函数变化△Gm0、△Hm0、△Sm0，并对CTTAC在水溶液中形成胶团过程的特点进行了描述。计算结果表明CTTAC在水溶液中具有自发聚集成胶团的趋向；温度对胶团聚集的难易程度影响不大：CTTAC在水溶液中形成胶团过程的热力学函数变化：△Gm0＜0，△Hm0＞0△

论文目录

• 郑重声明
• 摘要
• Abstract
• 0 绪论
• 0.1 表面与表面活性剂
• 0.2 表面活性剂的类型
• 0.3 季铵盐阳离子表面活性剂的特点
• 0.4 季铵盐阳离子表面活性剂的发展趋势
• 0.5 本课题研究的主要内容
• 0.6 课题研究的意义
• 参考文献
• 1 文献综述
• 1.1 多聚季铵盐阳离子表面活性剂的合成方法
• 1.1.1 以亚甲基链为连接基的合成方法
• 1.1.2 环氧氯丙烷为连接基的合成方法
• 1.1.3 其它基团为连接基的合成方法
• 1.2 多聚季铵盐阳离子表面活性剂的物化性质研究进展
• 1.3 多聚季铵盐阳离子表面活性剂的应用
• 1.3.1 在介孔材料合成中的应用
• 1.3.2 缓蚀杀菌性能
• 1.3.3 在增溶分散方面应用
• 1.3.4 在微乳聚合中的应用
• 1.3.5 与DNA分子的相互作用
• 1.3.6 与水溶性高分子的相互作用
• 1.4 本章小结
• 参考文献
• 2 CTTAC的合成与表征
• 2.1 实验部分
• 2.1.1 实验试剂和仪器
• 2.1.2 主要反应
• 2.1.3 反应机理探讨
• 2.1.4 工艺路线确定
• 2.1.5 合成方法
• 2.1.6 分析方法
• 2.2 实验结果与讨论
• 2.2.1 正交实验结果
• 2.2.2 单因素实验结果
• 2.3 结构表征
• 2.3.1 红外光谱分析
• 2.3.2 元素分析
• 2.3.3 ′H-NMR分析
• 2.4 产品纯度分析
• 2.5 表面活性测定
• 2.6 本章小结
• 参考文献
• 3 CTTAC在水溶液中的胶团化行为
• 3.1 实验部分
• 3.1.1 实验试剂
• 3.1.2 实验仪器与测试
• 3.1.3 实验方法
• 3.2 结果与讨论
• 3.2.1 表面张力与表面过剩浓度
• 3.2.2 电导率与反离子离解度
• 3.2.3 胶团表面反离子解离度的数学模型
• 3.2.4 胶团表面反离子解离度的计算
• 3.2.5 胶团聚集数的测定
• 3.2.6 胶团的聚集数与胶团大小、结构的关系
• 3.2.7 不同胶团聚集数时胶团的形状
• 3.3 本章小结
• 参考文献
• 4 CTTAC胶团形成过程的热力学参数
• 4.1 实验部分
• 4.1.1 实验试剂和仪器
• 4.1.2 胶团化过程的热力学函数模型
• 4.1.3 实验方法
• 4.2 结果与讨论
• 4.2.1 不同温度下CTTAC的临界胶团浓度
• 4.2.2 CTTAC胶团化过程的热力学函数变化
• 4.2.3 CTTAC胶团化过程的的焓-熵补偿现象
• 4.3 本章小结
• 参考文献
• 5 CTTAC与PVA的相互作用性质研究
• 5.1 表面活性剂与聚合物相互作用的研究方法
• 5.2 实验部分
• 5.2.1 实验试剂与仪器
• 5.2.2 实验方法
• 5.3 结果与讨论
• 5.3.1 CTTAC／PVA混合体系的粘度行为
• 5.3.2 CTTAC／PVA混合体系的电导率变化
• 5.3.3 CTTAC／PVA混合体系的表面张力
• 5.3.4 CTTAC／PVA混合体系的紫外吸收光谱
• 5.3.5 CTTAC／PVA混合体系的荧光光谱
• 5.3.6 CTTAC与PVA的相互作用机理探讨
• 5.4 本章小结
• 参考文献
• 6 CTTAC对分散染料的增溶性能研究
• 6.1 增溶机理与与研究方法
• 6.1.1 增溶作用机理
• 6.1.2 增溶作用的研究方法
• 6.1.3 胶团连续缔合增溶平衡模型
• 6.2 实验部分
• 6.2.1 实验试剂和仪器
• 6.2.2 实验方法和步骤
• 6.3 实验结果与讨论
• 6.3.1 CTTAC对三种染料增溶能力比较
• R的关联'>6.3.2 CTTAC浓度c与染料表观浓度C′_R的关联
• 6.3.3 可见吸收光谱与染料在胶团中增溶位置的关系
• 6.3 本章小结
• 参考文献
• 7 CTTAC在盐酸介质中对铁的缓蚀性能研究
• 7.1 研究缓蚀性能的方法
• 7.1.1 重量法
• 7.1.2 电化学方法
• 7.2 实验部分
• 7.2.1 实验试剂和仪器
• 7.2.2 实验方法
• 7.3 实验结果与讨论
• 7.3.1 腐蚀率和表面活性剂的缓蚀效率评价
• 7.3.2 CTTAC在金属铁表面吸附的理论模型
• 7.3.3 吸附系数K与温度的关联
• 7.3.4 极化曲线及其特性参数
• 7.3.5 阴极、阳极极化曲线的不同特点
• 7.3.6 CTTAC在金属表面的吸附特征
• 7.4 本章小结
• 参考文献
• 8 结论
• 读博期间的科研成果
• 致谢