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聚氧乙烯链长度调控非离子Gemini表面活性剂的表面张力、接触角（二）
来源：高等学校化学学报 浏览 259 次 发布时间:2024-12-20
1实验部分
1.1试剂与仪器
2，5，8，11-四甲基~6-十二炔~5，8-二醇（G.C.级，纯度98%），湖北广奥生物科技有限公司；环氧乙烷（A.R.级，纯度99%），杭州电化助剂有限公司；三乙胺（A.R.级，纯度99.5%），萨恩化学技术（上海）有限公司；液体石蜡（A.R.级），国药集团化学试剂有限公司；去离子水（电阻率18 MΩ·cm），由上海和泰仪器有限公司Master-S15超纯水机制备。
GSH-5型高压反应釜，威海汇鑫化工机械有限公司；Nicolet 6700型傅里叶变换红外光谱仪（FTIR），美国赛默飞世尔科技公司；Bruker Avance IIIHD 500 MHz型核磁共振波谱仪（NMR），德国Bruker公司；Waters 1515型凝胶色谱仪（GPC），美国沃特世有限公司；F-280型荧光分光光度计，日本Hitachi公司；OCA-15EC型接触角测量仪，德国DataPhysics Instruments公司；JZ-10T型台式均质机，杭州齐威仪器有限公司；Olympus BX51型光学显微镜，日本Olympus公司。
1.2实验过程
1.2.1表面活性剂的合成
4种表面活性剂的合成条件相同，以P1的合成为例。首先将450 g（1.77 mol）2，5，8，11-四甲基~6-十二炔~5，8-二醇加入到高压反应釜中，用高纯氮气置换釜内气体3次；随后加入3.65 g（0.036 mol）三乙胺，升温至75℃后匀速通入316 g（7.18 mol）环氧乙烷，并持续反应3.5 h；反应完成后，将反应釜冷却至室温，打开反应釜阀门将残余的环氧乙烷排放至尾气吸收装置，收集粗产物；通过旋转蒸发仪除去粗产物中的三乙胺，得到739 g淡黄色液体，产率为96.5%.P2，P3和P4的合成步骤与表征见本文支持信息图S1——S4.
1.2.2表面张力和临界胶束浓度的测试
利用接触角测量仪，采用液滴体积法测试表面活性剂溶液的表面张力。通过恒温水浴控制温度为（25±1）℃，每个样品溶液的表面张力重复测试3次，结果取平均值。γ-lgc曲线上拐点处对应的浓度即为表面活性剂的cmc.
按下式计算表面活性剂在空气/水界面处的饱和吸附量（Γmax，μmol/m2）、最小分子吸附面积（Amin，nm2）、表面活性效率（pc20）、标准胶束化自由能（ΔG0mic，kJ/mol）和标准吸附自由能（ΔG0ads，kJ/mol）：
式中：γ（mN/m）为表面张力；T为绝对温度，本文为298.15 K；R［8.314 J/（mol·K）］为气体常数；c（mol/L）为表面活性剂的浓度；非离子Gemini表面活性剂n值取1；NA为阿伏伽德罗常数，一般取值为6.02×1023 mol-1；dγ/dlgc为在（25±1）℃下cmc前γ随表面活性剂浓度对数的变化率（表面张力曲线的斜率）；c20（mol/L）为将水表面张力降低20 mN/m所需表面活性剂的浓度；γ0（mN/m）为纯水表面张力；γcmc（mN/m）为表面活性剂水溶液最低表面张力。
1.2.3荧光法测定临界胶束浓度
配制浓度为1.0×10‒3 mol/L的芘甲醇溶液，将5μL芘甲醇溶液加入玻璃瓶中，自然挥发掉溶剂后加入5 mL不同浓度的表面活性剂水溶液，超声24 h得到相同芘含量的不同浓度表面活性剂溶液，测试其在350——500 nm范围内的荧光发射光谱。记录第1个峰（373 nm）和第3个峰（384 nm）处的峰强度，并计算比值（I1/I3）。将I1/I3对水溶液的浓度对数作图，突变点为对应的临界胶束浓度。
1.2.4润湿性能测试
采用座滴法测量（25±1）℃时表面活性剂溶液在PTFE表面的接触角，每个样品重复测定3次，结果取平均值。
1.2.5泡沫性能测试
采用具塞量筒振荡法分别测定不同浓度下表面活性剂P1，P2，P3和P4的泡沫性能。将5 mL表面活性剂溶液加入25 mL具塞量筒中，塞紧塞子后上下振荡20次，记录0 s时泡沫体积和静置5 min后的泡沫体积，每个样品平行测试3次，结果取平均值。用0 s时初始泡沫的体积衡量表面活性剂的发泡能力，用5 min后泡沫的体积与0 s时初始的泡沫体积的比值衡量表面活性剂泡沫的稳定性。
1.2.6乳化性能测试
采用JZ-10T型台式均质机测定0.1，1.0，2.0和3.0 g/L浓度下P1，P2，P3和P4的乳化性能。将混合在玻璃瓶中的10 mL表面活性剂水溶液与10 mL液态石蜡以13000 r/min的转速均质2 min.静置1 h后记录油相、乳化相以及水相的体积。用乳化相的体积大小评价表面活性剂的乳化能力。采用Olympus BX51型光学显微镜观察乳液的形貌。
1.2.7去污性能测试
取两个相同规格的样品瓶，分别在内壁均匀涂抹等量的硅油并称重。随后各加10 mL去离子水和10 mL 3 g/L表面活性剂水溶液，超声5 min清洗去除油污，倒置样品瓶直至液体不再流出后烘干称重。利用清洗掉硅油的质量与清洗前硅油的质量比衡量表面活性剂的去污性能。