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从源头解决表面活性剂的生态安全问题，开发和利用天然无毒可再生原料，采用绿色化反应过程，合成的表面活性剂无毒易生物降解，提高表面活性剂的功能性和有效性，是新型表面活性剂研发的方向。可分解型表面活性剂分子结构中含有一个在一定条件下易分解的基团，可使表面活性剂排放后失去表面活性并易生物降解，对环境无害。为替代具有内分泌干扰效应的烷基酚聚氧乙烯醚(APEO)，选择天然可食用香料香草醛为主原料，与1,2辛二醇反应构建疏水基香草醛辛二醇缩醛，再与环氧乙烷反应，合成可分解型非离子表面活性剂—香草醛辛二醇缩醛聚氧乙烯醚(VAEO)。通过调节亲水链段的长度，合成了一系列亲疏水性能不同的产物VAEOn，对其性质性能与构效关系进行了详细研究，评估了其替代壬基酚聚氧乙烯醚(NPEO10)的可行性。
合成疏水基香草醛辛二醇缩醛的优化工艺为：香草醛与辛二醇物质的量比1∶1.4，催化剂磷酸(85%)用量为香草醛质量的3%，正己烷体积(mL)与香草醛质量(g)比3∶1，反应时间8h，产率为85%左右，纯度达97%。将纯化后的缩醛记为VA，含少量未反应物辛二醇的缩醛记为OVA，分别与环氧乙烷反应。香草醛辛二醇缩醛与环氧乙烷的反应条件为：催化剂氢氧化钾质量为缩醛质量的0.1%，反应温度为150~160℃，压力P≤0.4MPa。调节缩醛与环氧乙烷的物料比，获得系列乙氧基聚合度不同的非离子表面活性剂：VAEOn(n=6、8、10、12、16、20、24、26)和OVAEOn(n=4、6、8、10、12)，n为EO聚合度。数均和重均分子量依据飞行时间质谱确定，数据表明乙氧基聚合度呈泊松分布。
对VAEO的酸碱稳定性和生态安全性进行了测试。VAEO在中性和碱性条件下稳定，酸性条件下易分解。VAEO在28d内的累积生物降解率可达92.32%，对鱼类、大型蚤、绿藻的急性毒性较低。VAEO的细胞毒性明显小于NPEO与4-NP，且未检测出明显的遗传毒性。此外，VAEO没有雌激素干扰效应，相对于NPEO和4-NP，其抗雄激素、抗甲状腺激素效应也明显较弱。该系列表面活性剂的生态安全性较好，满足EPA关于绿色表面活性剂的标准。
对VAEO水溶液气液界面性质研究表明，除浊点低于室温的VAEO6以外，随亲水基链增长，VAEO的表面张力增大，表面饱和吸附量Γm下降，吸附效能下降，吸附效率略下降，表面活性剂分子更易在体相形成胶束。NPEO10的γcmc介于VAEO6和VAEO8的之间。VAEO的CMC约是NPEO10的10倍。VAEO的CMC较大的原因在于VAEO疏水部分的分子结构比NPEO的复杂，含有缩醛和苯环上的甲氧基，使其有一定的亲水性，并且分子体积较大，导致VAEO不易聚集形成胶束，且在气液界面处的排列比较疏松。对气液界面吸附动力学的研究表明，VAEO吸附初期符合扩散控制吸附模型，吸附后期符合混合动力控制吸附模型。固液界面吸附行为研究了VAEO和NPEO10在石英砂表面的吸附，符合Langmuir吸附方程。
水溶液中聚集行为的研究表明，VAEO的乙氧基链越长，在水溶液中越易形成胶束，NPEO10较VAEO更易聚集形成胶束。冷冻透射电镜观察VAEO和NPEO10的胶束形态均以球状为主，浓度越大，聚集体越大。粗粒化动力学模拟结果显示，VAEO8随浓度增大，可依次形成球状、层状聚集体和层状液晶结构；溶液中表面活性剂珠子物质的量占比10%时，不同乙氧基链长VAEO的聚集形态以球状为主，与冷冻透射电镜观察结果相吻合。
通过对VAEO构效关系的研究得出，随乙氧基链增长，HLB值和浊点增大，润湿性下降，乳化性下降，洗涤去污效果变化不大，泡沫性先减小后增大。总体上VAEOn的润湿性较NPEO10差。较低聚合度的VAEOn的乳化性比NPEO10略好或相当。VAEOn对碳黑污布的洗涤去污效果与NPEO10相当，对皮脂污布的洗涤去污效果比NPEO10的略差。n≤16的VAEOn的泡沫性低于NPEO10的。与各项性能优异的NPEO10比较，VAEO的乳化性特别是高温下的乳化性和低泡性具有较明显的优势，即具有明显的低泡乳化性。较低聚合度的VAEOn的各项性质性能与NPEO10的相当，可以作为NPEO10的替代品。
探讨VAEO在纺织印染行业的应用。VAEO用于乳化三元共聚氨基硅油，所得微乳液粒径和稳定性可与NPEO10乳化的相当。用于棉织物前处理，小样试验表明，使用VAEO或OVAEO可达到与NPEO10相当的织物毛效和白度，处理效果优于市场上现有APEO的替代品。中试生产OVAEO6，继而进行棉织物前处理中试，中试织物达到良好的毛效和白度，且前处理液起泡非常少。VAEO还显示具有提高漂白棉织物白度的作用。
采用粗粒化动力学方法模拟VAEOn和NPEO10乳化石蜡的稳定性，发现随VAEOn亲水基链增长，石蜡聚集速度加快，乳液稳定性下降；NPEO10作乳化剂，石蜡的聚集速度与VAEO20-24的接近。通过对破乳过程中体系总能量变化的分析，发现VAEOn乳化石蜡体系总能量最低值随乙氧基链长增加依次下降，石蜡聚集倾向增大，从能量角度解释了乙氧基链长与乳化能力负相关的原因。采用分子动力学模拟VAEO8和NPEO10在水溶液中的分子构象，结合对动态表面张力的分析，发现造成VAEO和NPEO10起泡性差异及VAEOn之间起泡性差异的原因是表面活性剂分子的聚集倾向，聚集倾向较大的表面活性剂，前期短时间内动态表面张力下降小，界面膜恢复力大，起泡性强。在气泡形成后期，平衡表面张力低的表面活性剂，界面膜恢复力大，可使更多表面活性剂分子排布在界面膜上，膜弹性好，稳泡性好。
本论文研究开发的可分解型香草醛基非离子表面活性剂具有较好的应用性能及生态安全性，有替代烷基酚聚氧乙烯醚的潜力，值得进一步完善和推广应用。
合成疏水基香草醛辛二醇缩醛的优化工艺为：香草醛与辛二醇物质的量比1∶1.4，催化剂磷酸(85%)用量为香草醛质量的3%，正己烷体积(mL)与香草醛质量(g)比3∶1，反应时间8h，产率为85%左右，纯度达97%。将纯化后的缩醛记为VA，含少量未反应物辛二醇的缩醛记为OVA，分别与环氧乙烷反应。香草醛辛二醇缩醛与环氧乙烷的反应条件为：催化剂氢氧化钾质量为缩醛质量的0.1%，反应温度为150~160℃，压力P≤0.4MPa。调节缩醛与环氧乙烷的物料比，获得系列乙氧基聚合度不同的非离子表面活性剂：VAEOn(n=6、8、10、12、16、20、24、26)和OVAEOn(n=4、6、8、10、12)，n为EO聚合度。数均和重均分子量依据飞行时间质谱确定，数据表明乙氧基聚合度呈泊松分布。
对VAEO的酸碱稳定性和生态安全性进行了测试。VAEO在中性和碱性条件下稳定，酸性条件下易分解。VAEO在28d内的累积生物降解率可达92.32%，对鱼类、大型蚤、绿藻的急性毒性较低。VAEO的细胞毒性明显小于NPEO与4-NP，且未检测出明显的遗传毒性。此外，VAEO没有雌激素干扰效应，相对于NPEO和4-NP，其抗雄激素、抗甲状腺激素效应也明显较弱。该系列表面活性剂的生态安全性较好，满足EPA关于绿色表面活性剂的标准。
对VAEO水溶液气液界面性质研究表明，除浊点低于室温的VAEO6以外，随亲水基链增长，VAEO的表面张力增大，表面饱和吸附量Γm下降，吸附效能下降，吸附效率略下降，表面活性剂分子更易在体相形成胶束。NPEO10的γcmc介于VAEO6和VAEO8的之间。VAEO的CMC约是NPEO10的10倍。VAEO的CMC较大的原因在于VAEO疏水部分的分子结构比NPEO的复杂，含有缩醛和苯环上的甲氧基，使其有一定的亲水性，并且分子体积较大，导致VAEO不易聚集形成胶束，且在气液界面处的排列比较疏松。对气液界面吸附动力学的研究表明，VAEO吸附初期符合扩散控制吸附模型，吸附后期符合混合动力控制吸附模型。固液界面吸附行为研究了VAEO和NPEO10在石英砂表面的吸附，符合Langmuir吸附方程。
水溶液中聚集行为的研究表明，VAEO的乙氧基链越长，在水溶液中越易形成胶束，NPEO10较VAEO更易聚集形成胶束。冷冻透射电镜观察VAEO和NPEO10的胶束形态均以球状为主，浓度越大，聚集体越大。粗粒化动力学模拟结果显示，VAEO8随浓度增大，可依次形成球状、层状聚集体和层状液晶结构；溶液中表面活性剂珠子物质的量占比10%时，不同乙氧基链长VAEO的聚集形态以球状为主，与冷冻透射电镜观察结果相吻合。
通过对VAEO构效关系的研究得出，随乙氧基链增长，HLB值和浊点增大，润湿性下降，乳化性下降，洗涤去污效果变化不大，泡沫性先减小后增大。总体上VAEOn的润湿性较NPEO10差。较低聚合度的VAEOn的乳化性比NPEO10略好或相当。VAEOn对碳黑污布的洗涤去污效果与NPEO10相当，对皮脂污布的洗涤去污效果比NPEO10的略差。n≤16的VAEOn的泡沫性低于NPEO10的。与各项性能优异的NPEO10比较，VAEO的乳化性特别是高温下的乳化性和低泡性具有较明显的优势，即具有明显的低泡乳化性。较低聚合度的VAEOn的各项性质性能与NPEO10的相当，可以作为NPEO10的替代品。
探讨VAEO在纺织印染行业的应用。VAEO用于乳化三元共聚氨基硅油，所得微乳液粒径和稳定性可与NPEO10乳化的相当。用于棉织物前处理，小样试验表明，使用VAEO或OVAEO可达到与NPEO10相当的织物毛效和白度，处理效果优于市场上现有APEO的替代品。中试生产OVAEO6，继而进行棉织物前处理中试，中试织物达到良好的毛效和白度，且前处理液起泡非常少。VAEO还显示具有提高漂白棉织物白度的作用。
采用粗粒化动力学方法模拟VAEOn和NPEO10乳化石蜡的稳定性，发现随VAEOn亲水基链增长，石蜡聚集速度加快，乳液稳定性下降；NPEO10作乳化剂，石蜡的聚集速度与VAEO20-24的接近。通过对破乳过程中体系总能量变化的分析，发现VAEOn乳化石蜡体系总能量最低值随乙氧基链长增加依次下降，石蜡聚集倾向增大，从能量角度解释了乙氧基链长与乳化能力负相关的原因。采用分子动力学模拟VAEO8和NPEO10在水溶液中的分子构象，结合对动态表面张力的分析，发现造成VAEO和NPEO10起泡性差异及VAEOn之间起泡性差异的原因是表面活性剂分子的聚集倾向，聚集倾向较大的表面活性剂，前期短时间内动态表面张力下降小，界面膜恢复力大，起泡性强。在气泡形成后期，平衡表面张力低的表面活性剂，界面膜恢复力大，可使更多表面活性剂分子排布在界面膜上，膜弹性好，稳泡性好。
本论文研究开发的可分解型香草醛基非离子表面活性剂具有较好的应用性能及生态安全性，有替代烷基酚聚氧乙烯醚的潜力，值得进一步完善和推广应用。