《糖基硼酸酯表面活性剂的合成及表面活性的研究》由会员分享，可在线阅读，更多相关《糖基硼酸酯表面活性剂的合成及表面活性的研究（11页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、 糖基硼酸酯表面活性剂的合成及表面活性的研究 赖君玲 罗根祥摘 要：以硼酸、葡萄糖和癸酸氯為原料合成了糖基硼酸酯（即硼酸双葡萄糖酯双癸酸酯，简称DGBR），并利用红外对其结构进行了表征和分析，结果显示其结构和设计产物结构相符合。并采用表面张力法确定了DGBR的临界胶束浓度（CMC）和临界胶束浓度下的表面张力（CMC），其CMC、CMC和文献值相接近;考察了不同NaCl浓度对DGBR表面性能的影响，并计算了饱和吸附量（max）和单分子饱和吸附面积（min）等参数，随着NaCl浓度的增加，其表面性能增强。关 键 词：硼酸酯;表面活性剂;临界胶束浓度;表面活性：TQ 423 ： A ： 1671-0
2、460（2015）06-1213-03Synthesis and Surface Activity of Sugar-based Borate Ester SurfactantLAI Jun-ling，LUO Gen-xiang（School of Chemistry and Material Science，Liaoning Shihua University， Liaoning Fushun 113001，China）Abstract： Double capric acid glucose-borate ester surfactant （DGBR） was prepared from b
3、oric acid， glucose and capric acid chloride， and then it was analyzed and characterized by IR. The results show that its structure accords with the characteristics of the designed product. The critical micelle concentration （CMC） and the surface tension at the CMC （CMC） of surfactant DGBR were deter
4、mined by surface tension method. The results show that its CMC and CMC value are close to literature values. The influence of NaCl concentration on the surface activity of DGBR surfactant was studied， the maximum surface excess concentration （max）， the minimum area per surfactant molecule （min） and
5、so on were calculated. The results show that the surface activity is better with increasing of NaCl concentration.Key words： Borate ester; Surfactant; Critical micelle concentration; Surface activity硼酸酯类表面活性剂是硼系表面活性剂中研究较多的一类1-3。硼酸酯类表面活性剂和传统的表面活性剂相比，具有较低的临界胶束浓度和较高的降低表面张力效率的优点，已经引起了人们的广泛关注4。同时由于其具有较好的
6、乳化性、分散性、防腐性、抗静电性、阻燃性等性质5-7，而广泛用于合成树脂的抗静电、防火材料的添加剂等领域8，9。目前硼酸酯类表面活性剂主要是硼酸和甘油生成硼酸单甘酯、硼酸双甘酯，接着与脂肪酸、脂肪酸氯等反应得到不同结构的硼酸甘油酯类表面活性剂。杜春霖10将硼酸二甘油酯棕榈酸酯作为润滑油助剂来改善PVC-稻壳粉木塑材料的吸水性、抗拉伸强度、弯曲强度等性能;陈飞11等制备了甘油硼酸油酸酯，并研究了其抗磨性能、抗氧性能和乳化性能;硼酸和C4以上的醇反应生成的硼酸酯则较少，硼酸糖酯脂肪酸酯是以硼酸、葡萄糖（或者蔗糖）、脂肪酸（或者脂肪酸氯）等原料合成的，且可以用于表面活性剂和洗涤剂，然而对于其的合成和
7、产品性能的应用研究很少，韩冰4合成的硼酸双甘油葡萄糖苷月桂酸酯，表现出较好的乳化性能。因此，本文以硼酸、葡萄糖和癸酸氯为原料合成了硼酸双葡萄糖酯双癸酸酯，并采用表面张力法研究了其表面性能。1 实验部分1.1 仪器及试剂天津拓普仪器有限公司TJ270-30红外光谱仪，上海中晨数字技术设备有限公司的JK99B 型全自动张力仪。葡萄糖，分析纯，百灵威科技有限公司;硼酸，分析纯，南京化学试剂有限公司;冰醋酸，分析纯，南京化学试剂有限公司;癸酸氯，分析纯，上海迈瑞尔化学技术有限公司;氢氧化钠，分析纯，天津科密欧化学试剂有限公司。1.2 原理（见图1）1.3 实验1.3.1 硼酸双葡萄糖酯双癸酸酯（DGB
8、R）的合成方法将36.0 g葡萄糖、6.18 g的硼酸和157.35 g的冰醋酸加入到烧瓶中，磁力搅拌下加热至100105 的温度，反应30 min，此时形成了均相溶液，该溶液在此温度下再保持20 min，然后冷却到 2535 ，得到中间产物硼酸双葡萄糖酯;接着向此溶液中缓慢滴加癸酸氯，45 min内完成滴加38.1 g癸酸氯，滴加结束后并伴随着温度的上升（温度上升1015 ），减压蒸馏出氯化氢气体，大约持续5 min，再继续加热，减压蒸馏出冰醋酸，3 h后温度上升到115 ，此时表明冰醋酸完全除去，得到的产品为褐色粘稠状液体，冷却到室温为蜡色固体，此产品为硼酸双葡萄糖酯双癸酸酯（DGBR），
9、实验结束后回收的冰醋酸为96%。图1 硼酸双葡萄糖酯双癸酸酯（DGBR）的合成步骤Fig.1 Synthesis route of DGBR1.3.2 产物的结构表征采用TJ270-30红外光谱仪（天津拓普仪器有限公司），KBr压片法测定产物DGBR的IR图谱。1.3.3 表面张力的测定本实验采用JK99B 型全自动张力仪（上海中晨数字技术设备有限公司）环法测定了不同NaCl浓度下表面活性剂的表面张力值（mN/m）。表面张力测定：在1 atm和（2980.1）K的恒温水浴中恒温5 min以上，在每次测样之前，都要先用蒸馏水冲洗铂金环，然后用酒精灯将其灼烧。同时，测样前可先以纯水的表面张力值来校
10、正仪器和检验实验器皿的干净程度，每次测量至少重复3次，以保证实验误差为0.1 mN/m。实验温度由CS-501 超级恒温水浴（上海卓爵仪器设备有限公司）来控制。以logC为横坐标，为纵坐标，绘制-lgC曲线，并得到CMC和CMC。2 结果与讨论2.1 硼酸双葡萄糖酯双癸酸酯（DGBR）红外谱图图2所示为最终产物DGBR的红外谱图。图2 DGBR的红外光谱图Fig.2 IR spectra of DGBR根据红外吸收峰位置进行分析，推测产物的官能团。吸收峰1 413、1 378、769 cm-1 是葡萄糖分子中C-H的特征吸收峰;1 378 cm-1附近为B-O键伸缩振动吸收峰，说明葡萄糖分子中
11、的羟基已经连接到硼原子上，生成了硼酸酯;1 040 cm-1附近是硼酸酯的特征吸收峰，1 159和1 459 cm-1是硼酸酯的两个伸缩振动吸收峰，证明了该产物是酯类;2 926 cm-1为CH3的伸缩振动特征峰，2 856 cm-1是CH2的伸缩振动特征峰，722 为长链烷基（CH2）n的特征峰（n大于4）;1 200 cm-1附近为C-O伸缩振动吸收峰，1 159和1 110 cm-1处为-COO-的吸收峰，654 cm-1为硼螺环结构的特征峰，结果表明所得产物的主要吸收峰与目标化合物一致。2.2 DGBR和SDBS的CMC和CMC图3为DGBR和十二烷基苯磺酸钠（SDBS）的表面张力随浓
12、度对数变化的曲线。图3 DGBR、SDBS的水溶液的logC曲线Fig.3 Plots of logC for DGBR and SDBS in waterDGBR的CMC为1.86610-4 molL-1，CMC为32.009 mN/m，和文献值32.5 mN/m相接近;SDBS的CMC为2.4510-3 molL-1，CMC为39.983 mN/m，和文献值2.4510-3 molL-1、3840 mN/m相接近12;DGBR的CMC、CMC数值均低于传统的SDBS的CMC、CMC数值，由此可见，本实验合成的DGBR表面活性剂不仅具有较小的CMC，而且降低表面张力的效率更高。分析原因在于：
13、该表面活性剂属于非离子型表面活性剂，由于硼原子的缺电子性和亲氧性，在和葡萄糖中的多元醇反应中形成了特殊的硼螺环结构，该硼螺环结构中有稳定的共價配键B-O的存在，使硼螺环结构能够稳定存在，并在此结构上引入长碳链羧基进行修饰，增强了支链的刚性，而且该结构和硼螺环主链接近，使长链分子舒展度增加，分子内或分子间卷曲缠绕程度降低，生成大分子胶束的趋势减弱，从而具有较高的表面活性3，13。2.3 NaCl浓度对DGBR的CMC的影响图4给出了不同NaCl浓度下（0、0.05、0.1、 0.2 molL-1）下，DGBR的表面张力随浓度对数的变化曲线。图4 DGBR在不同NaCl浓度下的logC曲线Fig.
14、4 Plots of logC for DGBR at different NaCl concentrations从图4得到的CMC、CMC数据见表1。表1 DGBR在有、无NaCl体系中的CMC和CMCTable 1 CMC and CMC of DGBR in presence and absence of NaCl表1所示：在水溶液中加入NaCl以后，加NaCl的CMC均比不加NaCl的临界胶束浓度小，并且随着NaCl浓度的增加，CMC逐渐减小，CMC数值逐渐减小，使表面活性逐渐提高。分析原因在于：加入NaCl后不但可以降低表面活性剂的浊点，而且可以屏蔽掉离子头基的电荷，减少了它们之间的
15、相互排斥作用，有利于胶束的形成，从而使CMC降低1。2.4 NaCl浓度对DGBR的表面活性的影响在CMC处的表面压强记作CMC，可以由公式（1）来计算。CMC=0-CMC （1）式中：0为298 K时纯水的表面张力（71.8 mN/m），CMC为临界胶束浓度CMC下的表面张力，得到的数据见表2。CMC的大小作为衡量表面活性剂降低溶液的表面张力效能的指标，其数值越大，表明该体系的表面活性剂降低表面张力的性能越高，从表2可以看出，加入NaCl电解质，随着浓度的增加，CMC逐渐增加，表明降低表面张力的效能逐渐增加，同时CMC逐渐减小，表明表面活性剂的活性逐渐增加。max为表面活性剂的饱和吸附量，Amin为表面活性剂分子的吸附面积，由公式（2）和公式（3）计算得到。（2）（3）式中： max，mol/m2; R为气体常数，8.314 J/molK; T为绝对温度（298 K），为-lgC曲线的最大斜率; Amin，nm2/molecule，NA为阿伏伽德罗常数，得到的数据见表2。表2 DGBR在有、无NaCl体系中的表面性能参数从表2可以看出，加入NaCl电解质，随着浓度的增加，使得max增加，Amin反而减小。3 结 论（1）以硼酸、葡萄糖和癸酸氯为原料，冰醋酸为溶剂，制备得到DGBR，并采用红外对其结构进行了解析，该产物和目标产物结构相吻合。（2）DG
