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1、分类号： U D C： 编号： 学 位 论 文 烷基酚类双子表面活性剂的合成烷基酚类双子表面活性剂的合成 及其性能研究及其性能研究 徐 念 指导教师姓名：黎 钢 教 授 河北工业大学 申请学位级别：硕 士 学科、专业名称： 应用化学 论文提交日期： 2008 年 3 月 论文答辩日期: 2008 年 4 月 学位授予单位： 河北工业大学 答辩委员会主席： 丛津生 教授 评 阅 人： 丛津生 教授 滕厚开 教授级高工 2008 年 4 月 Dissertation Submitted to Hebei University of Technology for The Master Degree
2、of Applied Chemistry SYNTHESIS AND PROPERTIES OF ALKYLPHENOL GEMINI SURFACTANT by Xu Nian Supervisor: Prof. Li Gang March 2008 This work was supported by the Natural Science Foundation of Hebei Province No. B2006000019 河北工业大学硕士学位论文 烷基酚类双子表面活性剂的合成及其性能研究烷基酚类双子表面活性剂的合成及其性能研究 摘摘 要要 本文研究了烷基酚类双子表面活性剂的合成、表
3、征及其性能。以脂肪酸、苯酚为原 料，经酰化反应、酯化反应、Fries 重排、黄鸣龙还原等步骤，得到正构长链烷基酚，再 与多聚甲醛在酸性催化剂下进行缩合反应，生成二(2-羟基-5-长链烷基苯基)甲烷，用核 磁共振氢谱和碳谱、红外光谱对产物进行了结构鉴定。据上述反应路线，以工业品壬基 酚和多聚甲醛为原料，合成出了二(2-羟基-5-壬基苯基)甲烷，并对其工艺条件进行了研 究。结果表明，选用固体酸 A 作催化剂，烷基酚和甲醛配比为 2:1，130反应 4h，产 物产率达到 60.1%，且反应转化率和选择性分别为 63.1%和 95.3%。 将中间体二(2-羟基-5-壬基苯基)甲烷与环氧乙烷在碱性条件下
4、加成反应，通过改变 反应物配比等因素来控制环氧乙烷加成数，得到一系列具有不同亲水基长度 (加成数 m 分别为 4、7、10、15、20、30) 的非离子双子表面活性剂。并进行了性能测定，结果为： 壬基酚聚氧乙烯醚NP-10及其二聚体GNP-10的HLB值均为13.6； NP-10溶液 (1%, wt) 的浊点为 60，GNP-10 溶液 (1%, wt) 的浊点为 53；水溶液中 GNP-10 的 CMC = 0.0242 mmol L-1， CMC = 38.3 mN m-1，与其相应的传统表面活性剂 NP-10 的 CMC = 0.0775 mmol L-1， CMC = 40.2 mN
5、m-1。由此说明这种新型双子表面活性剂具有较高的 表面活性。GNP-10 的表观黏度随剪切速率增加明显降低，是假塑性流体；NP-10 表现 为近似牛顿性。在相同剪切速率下，GNP-10 的表观黏度要大于 NP-10。 关键词：关键词：正构长链烷基酚，多聚甲醛，合成，双子表面活性剂，性能 烷基酚类双子表面活性剂的合成及其性能研究 Synthesis and Properties of Alkylphenol Gemini Surfactant ABSTRACT Five intermediates for preparing long chain n-alkylphenol Gemini sur
6、factants, bis-(2-hydroxy-5-n-alkylphenyl)-methanes, were synthesized from fatty acid, phenol, and paraformaldehyde through Friedel-Crafts acylation, esterification, Fries rearrangement, Huang Minlon reduction, and condensation, and their molecular structures were confirmed by NMR and FTIR. According
7、 to this synthesis route of bis-(2-hydroxy-5-n-alkylphenyl)- methane, the bis-(2-hydroxy-5-nonylphenyl)-methane has also been synthesized by using isononylphenol (industrial product) and paraformaldehyde successfully. It was showed that when n-alkylphenol and paraformaldehyde in molar ratio 2:1 reac
8、ted at 130 for 4 hours, the product yield could be reached 60.1% and the alkylphenol conversion and selectivity of product were 63.1% and 95.3% respectively. A series of novel nonionic Gemini surfactants (m = 4, 7, 10, 15, 20, 30) were synthesized from bis-(2-hydroxy-5-alkylphenyl)-methanes and ethy
9、lene oxide. Critical micelle concentrations (CMC) and surface tensions of the monomer and dimer surfactant in aqueous solution were tested by Wilhelmy-Plate method. The CMC of Gemini isononylphenol polyethoxylate-10 (GNP-10) and isononylphenol polyethoxylate-10 (NP-10) were 0.0242 mmol L-1 and 0.077
10、5 mmol L-1. Their surface tensions at CMC were 38.3 mN m-1 and 40.2 mN m-1. Their HLB values were both 13.6. And their cloud points were 60 and 53, respectively. The result showed that this kind of Gemini surfactant exhibited much better surface activity. GNP-10 showed shear-thinning behavior, while
11、 Newtonian behavior was found on NP-10. The viscosity of GNP-10 was higher than NP-10 at the same shear-rate. KEY WORDS: n-alkylphenol, paraformaldehyde, synthesis, Gemini surfactant, properties 河北工业大学硕士学位论文 i 目目 录录 第一章 文献综述第一章 文献综述 1 1-1 表面活性剂的介绍表面活性剂的介绍. 1 1-1-1 表面活性剂的定义及分类 1 1-1-2 非离子表面活性剂的概念、特征和
12、分类 1 1-1-3 表面活性剂的应用简介 2 1-2 非离子表面活性剂的性质简介非离子表面活性剂的性质简介. 2 1-2-1 亲水亲油平衡（HLB）值 2 1-2-2 临界胶束浓度（CMC）. 2 1-2-3 流变性 3 1-2-4 浊点 3 1-3 双子表面活性剂的研究进展双子表面活性剂的研究进展. 3 1-3-1 双子表面活性剂概述 3 1-3-2 双子表面活性剂的制备 5 1-4 本论文研究的内容、目的和意义本论文研究的内容、目的和意义. 7 第二章第二章 实验方法实验方法 8 2-1 实验试剂及设备实验试剂及设备. 8 2-1-1 实验试剂及规格 8 2-1-2 实验仪器设备及型号
13、9 2-2 实验原理 实验原理. 10 2-2-1 二(2-羟基-5-长链烷基苯基)甲烷合成机理 10 2-2-2 环氧乙烷加成反应机理 12 2-3 实验装置实验装置. 13 2-3-1 二聚体合成反应装置图 13 2-4 实验方法实验方法. 13 2-4-1 分子筛的处理方法 13 2-4-2 分离方法 13 2-4-3 烷基酚及其二聚体的环氧乙烷加成反应 14 2-4-4 烷基酚聚氧乙烯醚及其二聚体的性能测定 15 第三章第三章 二二(2-羟基羟基-5-长链烷基苯基长链烷基苯基)甲烷的制备甲烷的制备 16 烷基酚类双子表面活性剂的合成及其性能研究 ii 3-1 前言 前言16 3-2 实
14、验方法实验方法16 3-2-1 探索实验.16 3-2-2 正构长链烷基酚的合成.17 3-2-3 二(2-羟基-5-长链烷基苯基)甲烷的合成20 3-2-4 二(2-羟基-5-壬基苯基)甲烷的合成21 3-3 结果与讨论结果与讨论21 3-3-1 NMR 谱分析和 FTIR 谱分析21 3-3-2 反应条件对正构长链烷基酚合成的影响.27 3-3-3 反应条件对缩合反应的影响.30 3-4 小结小结33 第四章第四章 烷基酚聚氧乙烯醚双子表面活性剂的性能研究烷基酚聚氧乙烯醚双子表面活性剂的性能研究34 4-1 烷基酚聚氧乙烯醚及其二聚体的性质测定烷基酚聚氧乙烯醚及其二聚体的性质测定34 4-
15、1-1 HLB 值的测定.34 4-1-2 壬基酚聚氧乙烯醚浊点的测定.36 4-1-3 表面张力和临界胶束浓度（CMC）的测定38 4-1-4 流变性的测定.39 4-2 小结小结45 第五章第五章 结论结论.46 参参 考考 文文 献献47 致致 谢谢53 攻读硕士期间所取得相关科研成果攻读硕士期间所取得相关科研成果.54 河北工业大学硕士学位论文 1 第一章第一章 文献综述文献综述 1-1 表面活性剂的介绍表面活性剂的介绍 1-1-1 表面活性剂的定义及分类表面活性剂的定义及分类13 表面活性剂是指能以极低的浓度就能显著降低溶液表面张力的物质。 其分子结构都是由非极性的亲 油基与极性的亲
16、水基两部分构成， 结构与性能截然相反的分子基团处于同一分子的两端， 并以化学键相 连接，形成了一种不对称的、极性的结构。因而这类分子具有既亲水，又亲油，但又不是整体亲水或亲 油的特性。正因为这种特性，使它具有润湿、乳化、起泡以及洗涤作用等，其应用领域遍及化工、轻工、 石油、食品加工、医药、农业、资源加工、纺织印染和机械加工等众多领域。 按亲水基解离成的离子的类型可将表面活性剂分为阴离子型、 阳离子型、 两性离子型和非离子型四 大类。通常使用的表面活性剂，其亲油基一般都是饱和或不饱和的长链烃基，其中也可含有苯环等芳香 烃结构。分子中还可能含有氧、氮、硫、氯、溴和碘等元素，称为碳氢表面活性剂或普通表面活性剂。 含有氟、硅、磷和硼等元素的表面活性剂则称为特种表面活性剂。 1-1-2 非离子表面活性剂的概念、特征和分类非离子表面活性剂的概念、特征和分类47 非离子表面活性剂，在水中不
