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非离子表面活性剂烷基酚聚氧乙烯醚(APEO)的应用性能优异,但存在环境问题,为开发其替代产品,课题组合成了一系列不同乙氧基(EO)聚合度的新型表面活性剂—香兰素辛二醇缩醛聚氧乙烯醚(VAEO)。前期研究发现,该表面活性剂具有较好的生物降解性,以及良好的应用性能,其中,低泡性和乳化性比较突出。为了对这类表面活性剂的应用和进一步研究起更好的指导作用,本研究以不同 EO 聚合度的 VAEOn (n=4,8,10,12,16,20,24,28)为研究对象,以EO聚合度为10的壬基酚聚氧乙烯醚(NPEO10)为参照,深入研究两者在泡沫性和乳化性上的优劣。
泡沫性分为起泡性和稳泡性。起泡性与表面活性剂的浓度和结构关系密切。VAEO和NPEO10的起泡能力随浓度的增加先增大后减小,VAEO系列的最大起泡时的浓度在8~10 CMC附近,NPEO10的最大起泡时的浓度在90 CMC附近;相同摩尔浓度下VAEO的起泡能力随亲水链长增加而降低,整体上起泡能力低于NPEO10,表现出较好的低泡性。通过研究VAEO和NPEO10的动态表面张力和它们在水中的聚集行为,并利用分子动力学模拟NPEO10和VAEO8在水中聚集和迁移情况,发现VAEO低泡性的原因是其初期和后期的动态表面张力差值较小,此差值小是由于VAEO在水中聚集倾向比NPEO10低。
实验发现,相同摩尔浓度下,VAEO的泡沫稳定性随EO链增加而提高, NPEO10的泡沫稳定性稍差。为分析泡沫稳定性差异的原因。通过对Gibbs吸附公式和膜弹性公式推导发现,相同摩尔浓度下,VAEO的液膜厚度高于NPEO10,且随EO数增加,液膜厚度增加,泡沫稳定性增加。采用分子动力学模拟VAEO和NPEO10对水的吸附作用,发现VAEO的EO数越多,吸附作用越大,对排液作用的阻碍越强,越有利于提高泡沫稳定性;而NPEO10对水的吸附能力低于VAEO,对排液作用的阻碍较差。利用液膜厚度和消泡体积的线性拟合,结合实验数据,发现NPEO10对气体扩散的阻碍作用强于VAEO8和VAEO10。
通过乳化石蜡分相法研究VAEO和NPEO10的乳化性,发现相同摩尔浓度下VAEO的亲水链越长,乳化性越差;NPEO10的乳化性优于VAEO。采用Martini力场对VAEO和NPEO10的乳化性进行粗粒化分子动力学模拟,并通过改变石蜡和水的比例使其形成不同类型的乳液,发现对于W/O型乳液,VAEO的乳化性随EO链增长而降低,整体乳化性低于NPEO10,与石蜡分相法实验现象一致;而对于O/W型乳液,VAEO的乳化性随EO链的增长而提高,整体乳化性强于NPEO10。
通过上述研究表明,新型表面活性剂VAEO具有低泡性和较好的乳化性,因此对于印染加工等不需要泡沫的工序来说,是一个较好的选择。
泡沫性分为起泡性和稳泡性。起泡性与表面活性剂的浓度和结构关系密切。VAEO和NPEO10的起泡能力随浓度的增加先增大后减小,VAEO系列的最大起泡时的浓度在8~10 CMC附近,NPEO10的最大起泡时的浓度在90 CMC附近;相同摩尔浓度下VAEO的起泡能力随亲水链长增加而降低,整体上起泡能力低于NPEO10,表现出较好的低泡性。通过研究VAEO和NPEO10的动态表面张力和它们在水中的聚集行为,并利用分子动力学模拟NPEO10和VAEO8在水中聚集和迁移情况,发现VAEO低泡性的原因是其初期和后期的动态表面张力差值较小,此差值小是由于VAEO在水中聚集倾向比NPEO10低。
实验发现,相同摩尔浓度下,VAEO的泡沫稳定性随EO链增加而提高, NPEO10的泡沫稳定性稍差。为分析泡沫稳定性差异的原因。通过对Gibbs吸附公式和膜弹性公式推导发现,相同摩尔浓度下,VAEO的液膜厚度高于NPEO10,且随EO数增加,液膜厚度增加,泡沫稳定性增加。采用分子动力学模拟VAEO和NPEO10对水的吸附作用,发现VAEO的EO数越多,吸附作用越大,对排液作用的阻碍越强,越有利于提高泡沫稳定性;而NPEO10对水的吸附能力低于VAEO,对排液作用的阻碍较差。利用液膜厚度和消泡体积的线性拟合,结合实验数据,发现NPEO10对气体扩散的阻碍作用强于VAEO8和VAEO10。
通过乳化石蜡分相法研究VAEO和NPEO10的乳化性,发现相同摩尔浓度下VAEO的亲水链越长,乳化性越差;NPEO10的乳化性优于VAEO。采用Martini力场对VAEO和NPEO10的乳化性进行粗粒化分子动力学模拟,并通过改变石蜡和水的比例使其形成不同类型的乳液,发现对于W/O型乳液,VAEO的乳化性随EO链增长而降低,整体乳化性低于NPEO10,与石蜡分相法实验现象一致;而对于O/W型乳液,VAEO的乳化性随EO链的增长而提高,整体乳化性强于NPEO10。
通过上述研究表明,新型表面活性剂VAEO具有低泡性和较好的乳化性,因此对于印染加工等不需要泡沫的工序来说,是一个较好的选择。