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脂肪醇聚氧乙烯醚AEO表面活性剂研究分析

来源:石家庄市海森化工有限公司  日期:2016-05-13 09:00:00  属于:行业动态
文章摘要:其中非离子表面活性剂和阴离子表面活性剂相比,乳化能力更强,并具有一定的耐硬水能力,在工业及公共设施洗涤剂中得到大量使用,被广泛用作乳化剂、分散剂、食品添加剂、化妆品助剂、洗涤剂和农药助剂等[1]。非离子表面活性剂的主要品种包括醇醚(AEO、JFC)、酚醚(OP、NP 和 TX)、吐温(Tween)、脂肪酸甲酯乙氧基化物(FMEE)、炔二醇醚、聚醚改性有机硅等系列。
  表面活性剂被称作“工业味精”是一种功能性精细化工产品,通常在使用体系中添加极少量就可以产生显著的作用和经济效益。近年来,随着人们生活水平的提高和洗涤习惯的改变,表面活性剂的用量快速增长。其中非离子表面活性剂和阴离子表面活性剂相比,乳化能力更强,并具有一定的耐硬水能力,在工业及公共设施洗涤剂中得到大量使用,被广泛用作乳化剂、分散剂、食品添加剂、化妆品助剂、洗涤剂和农药助剂等[1]。非离子表面活性剂的主要品种包括醇醚(AEO、JFC)、酚醚(OP、NP 和 TX)、吐温(Tween)、脂肪酸甲酯乙氧基化物(FMEE)、炔二醇醚、聚醚改性有机硅等系列。有关新型非离子表面活性剂的开发及性能研究文献很多,市场上的产品也较多,但大多文献只介绍单一类型非离子表面活性剂,大多集中在去污、泡沫、润湿、乳化等应用性能上[2-3]。
 
  本文选择了 4 种典型的聚氧乙烯醚型表面活性剂,异构醇醚、直链醇醚、炔二醇聚氧乙烯醚、聚醚改性三硅氧烷,考察了其平衡态和动态表面张力,并对这4种表面活性剂的表面性能进行了对比。
 
1 试验
1.1 试剂及仪器
  试剂:直链脂肪醇聚氧乙烯醚(n-AEO-9)、异构脂肪醇聚氧乙烯醚(i-AEO-10)、七甲基三硅氧烷聚氧乙烯醚(Si-EO-9)、2,4,7,9-四甲基-5-癸炔-4,7-二醇聚氧乙烯醚(10EO)(S-465),市售工业级,实验用水为二次9期蒸馏水。仪器:K100全自动表面张力仪、BP50动态表面张力仪(德国Krüss公司)。
1.2 测试
1.2.1 平衡态表面张力
  配制表面活性剂母液,于 25 ℃下稳定 24 h 备用(Si-EO-9稳定4 h)。用全自动表面张力仪,白金板法测试表面张力。测试时首先测试二次水的表面张力,为72。0 m N/m 左右,让表面张力仪自动稀释母液成一系列不同质量浓度的溶液,搅拌 2 min,测试 3 次,取平均值,得到不同质量浓度下的平衡表面张力值。
1.2.2 动态表面张力
  分别配制不同质量浓度的表面活性剂溶液,平衡24 h,在动态表面张力仪上测定10 ms~150 s内的动态表面张力,所用毛细管内径为0。214 mm。
2 结果与讨论
2.1 平衡态表面张力
  由于表面活性剂分子为两亲结构,当溶于水时,首先在水和空气表面富集,从而导致水的表面张力下降,当表面吸附达到饱和时,表面活性剂分子不能在表面继续富集,于是表面活性剂分子在溶液体相聚集形成胶束。通常把开始形成胶团时的表面活性剂浓度称为临界胶束浓度,简称cmc。当溶液达到临界胶束浓度时,溶液的表面张力降至最低值,此时再提高表面活性剂浓度,溶液表面张力不再降低而是大量形成胶束或其他聚集体,此时溶液的表面张力就是该表面活性剂能达到的最小表面张力,用γcmc表示。图1为4种聚氧乙烯醚型表面活性剂的平衡表面张力曲线。

表面活性剂研究分析
 
从图 1 可以看出,4 种表面活性剂随着质量浓度的增加表面张力快速下降,达到cmc后,表面张力值保持恒定,为典型的表面张力曲线特征。各表面活性剂的cmc和γcmc列于表1。

脂肪醇聚氧乙烯醚
 
  从表1中可以看出,4种表面活性剂的cmc大小顺序为 n-AEO-9<i-AEO-10<Si-EO-9<S-465。4 种表面活性剂的亲水基基本一样,只有疏水基不同,随着疏水基中支链结构的增多,表面活性剂胶束不易形成,导致 cmc 显著变大。4 种表面活性剂的γcmc大小顺序为Si-EO-9<i-AEO-10<n-AEO-9<S-465,其中 Si-EO-9具有最低的表面张力,异构AEO的γcmc比直链AEO低,S-465 的γcmc最高。这表明 Si-EO-9 溶液表面疏水基中甲基覆盖率最大,表面能接近液态烷烃,而异构 AEO由于分支结构,溶液表面疏水基中甲基覆盖率较直链AEO 大,S-465 疏水基中由于刚性结构炔键的位阻效应,使其在表面排列不紧密,最不易形成胶束[1]。
 
2.2 动态表面张力
  表面活性剂分子扩散到新形成的界面以及在新界面上取向的速度有快有慢。许多表面活性剂参与的应用过程只经历小于1 s的时间,例如硬表面的清洗、农药铺展、印刷等都属于动态过程,所以,研究表面活性剂溶液表面张力随时间的变化非常重要。图2为 4种聚氧乙烯醚型表面活性剂溶液(1 g/L)表面张力随时间的变化曲线。

AEO表面活性剂
  从图 2 可知,单个表面活性剂的表面张力随时间延长而下降,最后达到平衡表面张力。在极短时间(10~100 ms)内表面张力顺序为Si-EO-9>n-AEO-9>i-AEO-10>S-465,这也意味着在极短时间内有机硅表面活性剂降低表面张力的能力不比碳氢型表面活性剂强。在(上接第23页)100~1 000 ms内4条曲线交叉,在1 000 ms以后表面张力大小顺序为S-465>n-AEO-9>i-AEO-10>Si-EO-9。这表明:相同浓度时,异构脂肪醇聚氧乙烯醚分子在水溶液中的扩散速度明显比直链脂肪醇聚氧乙烯醚和炔二醇聚氧乙烯醚分子快,而七甲基三硅氧烷聚氧乙烯醚 Si-EO-9 分子只有在 250 ms 后才比其他 3 种扩散更快。
 
3、结论
  4 种典型聚氧乙烯醚型表面活性剂的平衡态和动态表面张力测试结果表明:疏水基的种类、构型对其平衡态和动态表面张力有重要影响。七甲基三硅氧烷聚氧乙烯醚(Si-EO-9)的平衡态表面张力和动态表面张力(在 250 ms 后)比碳氢型聚氧乙烯醚的低,而在碳氢型表面活性剂中,异构脂肪醇聚氧乙烯醚具有较低的平衡态和动态表面张力。
 
分析方法。
AEO表面活性剂
AEO表面活性剂
3 、结论
  (1)利用薄层色谱(TLC)探索出分离酯胺的溶剂,即V(氯仿)∶V(甲醇)=25∶1,这时硬脂酸三乙醇胺三酯、双酯和单酯的Rf值分别为0。63、0。49和0。36,在该条件下用柱层析能很好地分离硬脂酸三乙醇胺酯。
  (2)高效液相色谱、红外光谱及质谱的定性分析结果表明,柱层析分离得到的第一馏分、第二馏分和第三馏分别是硬脂酸三乙醇胺三酯、硬脂酸三乙醇胺双酯和硬脂酸三乙醇胺单酯。
  (3)利用高效液相色谱作出 3 个组分的标准曲线,将其分析结果与柱层析的分析结果进行比较,结果表明HPLC法是一种方便、快捷和准确的定量分析方法。
 

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