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阳离子型Gemini表面活性剂的合成、性质及应用研究

叶志文

  Gemini表面活性剂是一种具有特殊分子结构的新一代表面活性剂,它将两个单链单头基普通表面活性剂在离子头基处通过化学键联接在一起,从而阻抑了表面活性剂有序聚集过程中的头基分离力,极大地提高了表面活性。本论文通过一系列的实验,合成了两个系列的Gemini表面活性剂,即联结基团为亚甲基的C_(12)-s-C_(12)·2Br(s=3,4,6)和联结基团含羟基的C_(12)-s(OH)-C_(12)·2Cl(s=3,4)。测定了临界胶团浓度cmc、表面张力γcmc、降低表面张力的效率C_(20);测定了它们的胶团聚集数,并讨论了影响因素;系统地考察了两个系列水溶液的流变特性;详细地研究了所合成的Gemini表面活性剂的胶团化热力学性质;研究了C_(12)-s-C_(12)·2Br/SDS及C_(12)-s(OH)-C_(12)·2Cl/SDS的复配性能,并计算了混合胶团的组成及正负离子表面活性剂的相互作用参数;用量子化学方法计算研究了C_(12)-s-C_(12)·2Br及C_(12)-s(OH)-C_(12)·2Cl(s=3,4)结构性能规律联系;论文对Gemini表面活性剂在工业含能材料中的应用进行了详细而深入的研究;同时,对其作为纺织助剂的作用进行了初步探讨。主要工作和实验结果如下:1合成了两个系列的季铵盐Gemini表面活性剂,对其结构进行了鉴定,并对影响反应的因素进行了分析讨论,找出了最佳合成条件。2测定了两个系列Gemini表面活性剂的临界胶团浓度cmc、表面张力γcmc、降低水溶液表面张力的效率C_(20),发现与相应的传统表面活性剂相比,Gemini表面活性剂具有很低的cmc和很强的表面活性。3研究了Gemini表面活性剂的表面过剩吸附量和分子面积与其结构之间的关系。发现Gemini表面活性剂的表面过剩吸附量随联接基团碳数的增加而减少,而在界面上的分子面积A却相反。对本论文所合成的Gemini表面活性剂的起泡性能进行了比较,其中含羟基的Gemini表面活性剂C_(12)-3(OH)-C_(12)·2Cl具有良好的起泡性和稳泡性。4采用荧光探针技术测定了两个系列的Gemini表面活性剂的胶团聚集数,发现阳离子Gemini表面活性剂的浓度强烈影响其胶团聚集数,尤其是对于较短联结基团,联接基团越短,其胶团聚集数越大。C_(12)-3(OH)-C_(12)·2Cl的胶团聚集数比C_(12)-3-C_(12)·2Br大。5 C_(12)-3-C_(12)·2Br浓度直至64mmol.L~(-1),C_(12)-3(OH)-C_(12)·2Cl浓度直至54mmol.L~(-1),γ均在0-1875S~(-1)范围内,流变行为表现出牛顿体特征;在其后浓度的范围,γ~*以上时,为非牛顿体特征。黏度(η)随浓度增大而增大,有一上升拐点,η陡然增大;联接链上引入羟基,对流变行为影响不大,但在相同条件下,黏度略微增大。6 Gemini表面活性剂的临界胶团浓度(cmc)随温度升高而线性增加;其胶团化倾向比其相应的单体表面活性剂强:在水溶液中的聚集机理均主要来自嫡驱动。7 Gemini表面活性剂和sDS的复配比相应普通表面活性剂与sDS的复配能更有效地降低溶液的表面张力,混合表面性剂的cmc大大低于普通表面活性剂之间复配的咖c;Gemini表面活性剂和SDS之间有较为强烈的相互作用,这表现在它们的相互作用参数远小于零。8采用量子化学方法,优化了Gemini表面活性剂的几何构型,得到了轨道能级、生成恰、总势能以及电荷分布状况等。9同DTAB相比,C理一3(0H)一C12·ZCI改性硝酸按晶形更加“歧化”,富含微气孔,介孔比例高,粒度级配好,比表面积大,具备低表面能及良好的晶变特性,改善了吸湿结快性;用其制备的粉状工业炸药具有优良的物理性能及爆炸性能。C:2一3(oH)一C:2·C1也可作为乳化炸药优良的晶形改变剂及助乳化剂,其作用使乳化炸药的储存稳定性及爆炸性能有明显提高;另外,同DTAB相比,Gemini型表面活性剂你一3一C:2·ZBr对涤纶织物的碱减量处理具有明显的促进作用.因此它可用作印染助剂。……   
[关键词]:Gemini表面活性剂;合成;表面活性;胶团聚集数;流变特征;胶团;复配;构型;应用
[文献类型]:博士论文
[文献出处]:南京理工大学2004年