季銨鹽型陽離子咪唑啉表面活性的測定

為了研究咪唑啉季銨化后所帶來的性能變化,作者對該化合物進(jìn)行了若干項(xiàng)表面活性測定,包括表面張力、HLB值、在硬水中的穩(wěn)定性評價(jià)以及發(fā)泡力等,得到了明確的結(jié)果。

1HLB值的測定

1.1 原理

親水-親油平衡值(hydrophile- lipophilebalance,簡稱HLB)是Atlas公司創(chuàng)立的,用以表示表面活性劑的親水性。它作為一項(xiàng)經(jīng)驗(yàn)指標(biāo)一般是通過實(shí)驗(yàn)測定出來的。測定的方法有多種,陽離子咪唑啉表面活性劑中含有咪唑啉環(huán),HLB比較難準(zhǔn)確測定,故選用觀察法來直觀評價(jià)合成產(chǎn)物的HLB值。其標(biāo)準(zhǔn)見表1。

1.2 操作

將1.0g的陽離子咪唑啉溶于300mL水中,充分?jǐn)嚢枋蛊淙芙?/SPAN>,用500mL容量瓶定容。取100mL的液體置于比色管中觀察液體的外觀和顏色,與表1標(biāo)準(zhǔn)對照。

1.3 現(xiàn)象和結(jié)果

所得液體呈淡黃色的均勻乳色分散體。由觀察到的現(xiàn)象對照上述標(biāo)準(zhǔn),將合成所得的陽離子咪唑啉產(chǎn)物的HLB值評價(jià)為8,應(yīng)該屬于水包油型表面活性劑。

2 在硬水中穩(wěn)定性的測定

表面活性劑的性能在含有鈣鎂離子的硬水里或多或少會(huì)受到影響,作者采用GB7381—87《表面活性劑在硬水中穩(wěn)定性的測定》的規(guī)定,對合成得到的陽離子咪唑啉的抗硬水性進(jìn)行了評價(jià)。

2.1 原理

表面活性劑在硬水中和鈣離子進(jìn)行離子交換形成某種化合物,根據(jù)其溶解度大小或由于離子力、鹽效應(yīng)等使溶液膠態(tài)起變化的原理可測定表面活性劑在硬水中的穩(wěn)定性。不同濃度的表面活性劑溶液與不同的已知鈣硬度的硬水溶液混合,將混合液在規(guī)定的條件下靜置,觀察其外觀,對照表2的評定標(biāo)準(zhǔn) 可得到評分值。

 一般要求作幾組條件共15個(gè)實(shí)驗(yàn),試樣平均穩(wěn)定性的表示方法見表3。

1級表示某種表面活性劑在硬水中的穩(wěn)定性為差,5級表示某種表面活性劑在硬水中的穩(wěn)定性為好。最后按照表4的標(biāo)準(zhǔn)用差示穩(wěn)定性來表示。

2.2 操作步驟

稱取50g試樣(稱準(zhǔn)至0.01g)溶于1000mL蒸餾水中配成試液。取15支平底比色管分成S1、S2、S3三組,每組5支,用移液管吸取5.0、2.5、1.2、0.6、0.3mL試液分別置于每組的各個(gè)試管中。在3組試管中分別加入已知鈣硬度的硬水溶液至50mL刻度處,塞住瓶塞將各試管慢慢上下翻轉(zhuǎn)幾次。在20℃下靜置1~2h,然后觀察溶液的外觀進(jìn)行評定。

2.3 現(xiàn)象和結(jié)果

樣品的測定情況見表5。

由評分總和65可得出陽離子咪唑啉平均穩(wěn)定性為4級,屬良好。由差示穩(wěn)定性評分標(biāo)準(zhǔn)可知,取樣5.0、2.5、1.2mL時(shí)部分穩(wěn)定性為2級,取樣0.6、0.3mL時(shí)部分穩(wěn)定性為3級,綜合屬中等。

3發(fā)泡力的測定(改進(jìn)Ross-Miles法)

表面活性劑的發(fā)泡力是一個(gè)比較重要的評價(jià)指標(biāo),尤其是對洗滌劑用途的表面活性劑更是如此。該實(shí)驗(yàn)參照采用國際標(biāo)準(zhǔn)ISO696—1975(surface active agents –measarement of foaming power-modified Ross-Milesmethod)對合成得到的陽離子咪唑啉發(fā)泡力進(jìn)行了測定。

3.1 原理

使一定體積的表面活性劑溶液從一定高度流到同一溶液的液體表面后,測量得到的泡沫體積就可以表示該樣品發(fā)泡力的大小。由于測定結(jié)果與所使用的儀器以及操作方法有關(guān),所以通常需要用一系列標(biāo)準(zhǔn)試樣在同一套裝置上做平行實(shí)驗(yàn),相互進(jìn)行對比。得到的實(shí)際上是相對發(fā)泡力數(shù)據(jù)。

3.2 操作

取合成制得的陽離子表面活性劑及十二醇硫酸鈉各2g,放置于兩個(gè)燒杯中,加少量水,加熱攪拌調(diào)漿,待試劑完全溶解后,移入250mL的容量瓶中,加水配成8g/L的溶液。將100mL質(zhì)量濃度為8g/L的樣品溶液緩慢地倒入1L的量筒中,將剩下的溶液用玻棒引入分液漏斗。將分液漏斗的旋塞打開,使分液漏斗中的溶液從80cm高處流進(jìn)量筒中。分別在30s和5min后測量泡沫體積。

將其他幾種試劑(AEO磷酸酯、平平加O-15、AES)按同樣的方法處理。

3.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

比較合成產(chǎn)物與幾種試劑的發(fā)泡體積,結(jié)果列入表6。

陽離子咪唑啉的發(fā)泡力與平平加O-15差不多,發(fā)泡力相對偏低。

4 表面張力的測定

表面活性劑溶液的表面張力是作為表面活性劑特征不可缺少的物化性能。但是,溶液的表面對測定條件非常敏感,即使微小的變動(dòng)也容易影響表面張力。為了測得可靠的表面張力,首先必須在液面不振動(dòng)的清凈環(huán)境中操作。其次,要正確控制溫度,測定體系盡可能密閉。這樣,因蒸發(fā)而引起的液面濃縮和溫度不穩(wěn)可抑制到最小范圍。再者,應(yīng)該注意水的精制除去活性劑所含的微量表面活性雜質(zhì)等,達(dá)到表面研究所必要的試劑純度。表面張力的測定法有很多種,此處采用最大氣泡法測定。

4.1 原理

溶液的表面會(huì)因溶質(zhì)的加入產(chǎn)生吸附作用,使表面張力發(fā)生不同的變化。根據(jù)能量最低原則,溶質(zhì)若能降低溶液表面張力,則表面層中溶質(zhì)的濃度就比溶液內(nèi)部的濃度大,反之在表面層中的濃度比在內(nèi)部的溶質(zhì)低,在指定溫度和壓力下,溶質(zhì)的吸附量與溶液的表面張力的變化及溶液的濃度有關(guān)。作者使用氣泡式表面張力測定儀進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。通過改變壓力來測定液面的移動(dòng)距離△hM,用以下關(guān)系式求得不同濃度的陽離子咪唑啉表面活性劑的表面張力σ₁。

4.2 實(shí)驗(yàn)

準(zhǔn)確配制1.000、0.500、0.250、0.100、0.050、0.025、0.010g·L^-1質(zhì)量濃度的季銨鹽陽離子咪唑啉溶液。調(diào)節(jié)恒溫槽溫度,確認(rèn)儀器不漏氣。測定去離子水的△h_M值,求出K儀值,然后從稀到濃依次測定各種濃度試樣的△h_M,結(jié)果見表7。

隨著溶液質(zhì)量濃度的變化,樣品季銨鹽型十六烷基陽離子咪唑啉的表面張力為48.2~52.3kN·m^-1。

5 結(jié)論

對合成得到的季銨鹽型十六烷基陽離子咪唑啉進(jìn)行了多項(xiàng)表面活性測定,得到的結(jié)果是:樣品的表面張力為48.2~52.3kN·m^-1,隨質(zhì)量濃度的改變有小幅度的變化;HLB值評價(jià)為8,屬水包油型表面活性劑;在硬水中的平均穩(wěn)定性為4級,屬良好。差示穩(wěn)定性評分為2~3級,綜合屬中等至良好;發(fā)泡力大致與平平加O-15相當(dāng),相對于十二醇硫酸鈉、AEO磷酸酯、AES等常用陰離子表面活性劑發(fā)泡力偏低。季銨鹽型十六烷基陽離子咪唑啉的其他表面性能尚需進(jìn)一步測試。

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