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本论文从分子设计的角度出发,合成了一类磺酸聚醚型高分子表面活性剂,包括均聚物、不同比例及不同组成的共聚磺酸聚醚,考察了共聚物中亲油单体的种类及含量对聚合物性能的影响。
(一)单体的合成及表征
以环氧氯丙烷、亚硫酸氢钠、正丁醇和正辛醇等为原料,合成3-氯-2-羟基丙磺酸钠[NaCHPS]单体以及1-氯-3-丁氧基-2-丙醇[CBP]、1-氯-3-辛氧基-2-丙醇[COP]和1-氯-3-苯氧基-2-丙醇[CPP]四种单体,用红外、核磁等方法证实了产物具有预期的结构。
(二)3-氯-2-羟基丙磺酸钠均聚物的合成与表征
3-氯-2-羟基丙磺酸钠在NaH作用下发生均缩聚反应,得到了均聚磺酸聚醚,重点探讨了催化剂的用量和反应时间对聚合物产率的影响。通过红外、核磁对聚合物结构进行了表征,用TG对聚合物的热性能进行了表征,同时考察了聚合物的溶解情况和表面活性。结果表明:随氢化钠用量的加大和反应时间的延长,产率逐步增大;均聚物的起始热分解温度为276℃,只能溶于水、DMSO、DMF等强极性溶剂,其降低表面张力能力较低。
(三)三种共聚磺酸聚醚的合成及组成与性能关系
通过溶液共缩聚法用3-氯-2-羟基丙磺酸钠分别与1-氯-3-丁氧基-2-丙醇、1-氯-3-辛氧基-2-丙醇和1-氯-3-苯氧基-2-丙醇合成了三种不同比例的共聚磺酸聚醚,用VPO、IR、NMR等测定了共聚物的分子量及组成等一系列结构参数。考察了亲油单体的种类及含量对聚合物性能的影响,主要包括以下几方面:
1.溶解性,共聚磺酸聚醚能溶于大多数溶剂中,只是在甲苯、正己烷等极性很弱的溶剂中不溶;三种共聚磺酸聚醚的溶解性大小为:P(NaCHPS/CPP)>P(NaCHPS/COP)>P(NaCHPS/CBP)。
2.动态表面张力,共聚磺酸聚醚水溶液表现出强的表面张力时间效应。对同种共聚磺酸聚醚,溶液浓度、添加无机盐含量增大均使动态表面活性增强,用Rosen经验方程和Word-Tordai方程能很好的描述DST的变化规律;对不同结构的共聚磺酸聚醚,随聚合物分子中疏水结构单元(CBP、CPP)的增加、NaCHPS含量的减少,动态表面活性增强。
3.CMC及表面张力:对于三种共聚磺酸聚醚,CMC及表面张力均随疏水组分含量的增加而降低,但是由于共聚物中亲水、疏水部分的比例相差不是太大,所以这种降低的趋势不是很明显,含COP单元磺酸聚醚的CMC是三者中最小的。
4.胶束形态:用透射电镜观察了共聚磺酸聚醚溶液的胶束形态,发现在CMC以上能够形成胶束,受溶液浓度、物质结构等因素的影响,胶束形态各异、大小不均。胶束形态、大小的多分散性是由于胶束上“尾巴”或“线圈”间不同程度的相互作用,导致初级胶束逐步聚集形成高级胶束的结果。
5.泡沫及分散性能:磺酸聚醚水溶液的起泡性低和泡沫稳定时间短,对含CBP、COP或CPP的同一系列共聚磺酸聚醚,随着分子中NaCHPS单元含量减小、疏水组分含量的增加,起泡性能和泡沫稳定性均增强;含CPP单元的共聚磺酸聚醚的起泡性和泡沫稳定性均强于另外两种共聚磺酸聚醚。与C12LAS相比,磺酸聚醚的分散能力差,但分散稳定性要强得多,对同一系列共聚磺酸聚醚,随着分子中疏水组分含量增加,分散性能逐渐增强。含CPP共聚磺酸聚醚的分散性能要优于含CBP、COP的共聚磺酸聚醚。