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馬來酰蓖麻油酸聚乙二醇酯的表面張力、等物化性能測定（一）
來源：沈陽化工大學學報 瀏覽 1056 次 發布時間:2024-11-25
以馬來酸酐為聯接劑，蓖麻油酸、聚乙二醇（n=10、15、20）為原料合成一系列新型的非離子表面活性劑——馬來酰蓖麻油酸聚乙二醇酯（MARAPEG-n），研究聚乙二醇不同聚合度（n）對產物物化性質的影響。結果表明：當聚乙二醇的聚合度n=10，15，20時，MARAPEG-n表面張力范圍為32.84——51.93 mN/m，臨界膠束濃度范圍為0.029——0.096 g/L，HLB值的范圍為12.84——15.14，乳化時間范圍為1063——706 s，潤濕時間范圍為640——865 s，濁點范圍為20——71℃。
雙子表面活性劑（Gemini surfactants）是由間隔基團通過化學鍵聯接兩個疏水基團和兩個親水基團的離子頭基構成的一類新型表面活性劑。近年來，由于雙子表面活性劑降低水溶液的表面張力強，具有低的臨界膠束濃度及好的水溶性等優點而成為國際上研究最多最熱的表面活性劑之一。
對于雙子表面活性劑的性質探討過程中發現，聯結基團的結構及種類對雙子表面活性劑的性能有著不可忽略的影響。羅利娟等合成系列陰離子雙子表面活性劑，并研究聯接基亞甲基鏈的長短對雙子表面活性劑表面活性的影響，結果發現隨著亞甲基鏈的增長，親水基間的相互斥力降低，雙子表面活性劑的臨界膠束濃度（cmc）值先減小后增大。2006年，譚中良等合成了系列聯接基不同的陰離子孿連表面活性劑，并測定其表面活性，結果發現，孿連表面活性劑的表面活性隨著其聯接基鏈的增大而增強，但聯接基中引入氧原子則會降低其表面活性。
本文以聚乙二醇（聚合度n=10、15、20）與蓖麻油酸為原料，馬來酸酐為聯接劑合成了系列非離子雙子表面活性劑MARAPEG-n（n=10、15、20），通過測試其表面張力、臨界膠束濃度、乳化力等物化性能，研究了聚乙二醇聚合度對雙子表面活性劑物化性能的影響。
1、實驗部分
1.1試劑
蓖麻油酸（CP），聚乙二醇400（CP），聚乙二醇600（CP），聚乙二醇800（CP），馬來酸酐（AR），硼酸（AR），氫氧化鈉（AR），無水乙醇（AR），乙酸乙酯（AR），吡啶（AR），對甲苯磺酸（AR），酚酞指示劑（AR），正丁醇（AR），醋酸鈉（AR），苯（AR），液體石蠟（AR），1,4-二氧六環（AR）。
1.2馬亞酰蓖麻油酸聚乙二醇馬來酸酯的合成
1.2.1實驗方法
先將硼酸與聚乙二醇進行酯化反應，對聚乙二醇的一端羥基進行保護，然后蓖麻油酸與聚乙二醇的另一端羥基進行酯化反應，生成蓖麻油酸聚乙二醇硼酸酯，再用馬來酸酐與蓖麻油酸聚乙二醇硼酸酯中的仲羥基進行酯化反應，最后將硼酸酯鍵水解，得到馬來酰蓖麻油酸聚乙二醇酯。
1.2.2實驗步驟
（1）聚乙二醇與硼酸的酯化
將0.12 mol聚乙二醇和0.04 mol硼酸依次裝入帶有攪拌器、分水器、回流冷凝器的三口燒瓶中，并連接減壓裝置。加熱至120℃，在負壓下進行反應至出水量不變，酯化過程如下所示：
（2）蓖麻油酸與聚乙二醇硼酸酯的酯化
待反應液冷卻至50℃，向反應液中加入0.12 mol蓖麻油酸與催化劑對甲基苯磺酸（PTS的質量為蓖麻油、聚乙二酸與硼酸總質量的1%），升溫至140℃，在負壓下進行反應，至體系酸值不變，酯化過程如下所示：
（3）馬來酸酐與蓖麻油酸聚乙二醇硼酸酯的酯化
待反應液冷卻至室溫，向反應液中依次加入0.06 mol馬來酸酐，PTS（PTS的質量為蓖麻油、聚乙二酸與硼酸總質量的3%）與50 mL苯，升溫至110℃，反應至出水量不變，酯化過程如下所示：
Y為—CH==CH—
（4）硼酸酯鍵的水解
向上述溶液中加入固體醋酸鈉中和催化劑對甲基苯磺酸，然后再加入20 mL蒸餾水，在100℃下，水解至實測羥值（提純后產品的羥值）與理論羥值（目標產物的理論計算值）接近并趨于不變。趁熱倒入分液漏斗中，加入飽和食鹽水，靜止分層，下層為對甲基苯磺酸鈉、少量未反應的聚乙二醇和馬來酸酐的水溶液。取上層溶液，加入少量的乙酸乙酯萃取，靜止分層，少量未反應的蓖麻油酸溶于上層乙酸乙酯溶液中。向下層溶液中加入無水硫酸鎂干燥，抽濾，減壓蒸餾出殘留的乙酸乙酯，得到黃色黏稠液體即目標產物，水解過程如下所示：
采用HG/T 2609-95乙酰化法和HG/T 2809-95酸堿滴定法分別測定體系的羥值和酸值。
1.3性能測定
1.3.1表面張力及臨界膠束濃度
采用最大泡壓法測定所合成的表面活性劑的表面張力及臨界膠束濃度。
1.3.2HLB值測定
稱取0.2 g表面活性劑，將其溶解在20 mLV（1,4-二氧六環）∶V（苯）=22.5∶1的混合溶劑中，用蒸餾水滴定至明顯可見渾濁，記錄所需的水量W/mL，代入下式，計算HLB值。
HLB=23.64lgW-10.16
1.3.3乳化力測定
稱取40 mL質量濃度為1 g/L的表面活性劑試樣水溶液和40 mL液體石蠟于配有玻璃塞的三角瓶內。捏緊玻璃塞，上下劇烈振動5下，靜止1 min，再同樣振動5下，靜止1 min，重復5次。將乳濁液倒入100 mL量筒中，水油兩相逐漸分開，至水相分出10 mL時，記錄分出的時間。
1.3.4濁點測定
采用GB/T 5559-93的方法測定濁點。
1.3.5潤濕力測定
配制1 g/L的表面活性劑試樣溶液500 mL，將試液倒入500 mL燒杯中。用浸沒夾夾住圓棉布片（0.55 g），浸入試液中，當布片下端一接觸試液，立即啟動秒表，將浸沒夾張開并使布片始終保持浸沒在試液中，當布片開始下沉時，停止秒表，記錄時間。