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氧杂全氟烷基聚乙二醇系氟碳表面活性剂的合成及性能研究

作　者: 陈慧卿
导　师: 张永明
学　校: 上海交通大学
专　业: 高分子化学与物理
关键词: 氧杂全氟烷基 氟碳表面活性剂 表面张力 表面吸附 酸碱稳定性
分类号: TQ423
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 193次
引　用: 3次
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内容摘要


氟碳表面活性剂由于其独特的“三高、两憎”性能,从而在各行各业中有着广泛的应用。然而,近年来不断报道出全氟辛酸和全氟辛基磺酸类衍生物氟碳表面活性剂对环境及生物体具有极大的污染性,使得开发新型绿色环保的氟碳表面活性剂成为目前研究的热点。本文拚弃常用的全氟辛基链作为疏油链段,采用全氟(2-甲基-3-氧杂己基)氟化物、全氟-2,5-二甲基-3,6-二氧杂壬酰氟和环境友好的聚乙二醇为主要原料通过一步法反应合成了一系列氧杂全氟烷基聚乙二醇系聚合物:0.4KPEGF2、0.4KPEGF3、0.6KPEGF2、0.6KPEGF3、1KPEGF2、1KPEGF3、2KPEGF2及2KPEGF3(左上标表示参加反应的聚乙二醇的分子量,右上标表示参加反应的氟化物,其中F2表示全氟(2-甲基-3-氧杂己基)氟化物,F3表示全氟-2,5-二甲基-3,6-二氧壬酰氟)。产物提纯后,采用红外光谱和核磁共振波谱等仪器对此类氧杂全氟烷基聚乙二醇系聚合物的结构进行表征和分析,并对此类聚合物的表面性能、热稳定性、浊点和化学稳定性进行了详细测定。研究结果表明,这类氟碳聚合物具有极高的表面活性以及良好的热稳定性和酸碱稳定性,其中0.4KPEGF3的表面活性最高,可使水的表面张力从72.8mN/m最低降至12.5mN/m,其临界胶束浓度(CMC)值仅为0.2mg/ml。同时还研究了不同长度的碳氢链、碳氟链对此类聚合物表面性能的影响。当碳氟链段相同时,随着碳氢链的增长,表面张力呈现增大趋势;碳氢链段相同时,碳氟链段越长,表面活性越高。并通过曲线拟合法研究了此类氟碳表面活性剂的表面吸附性能。鉴于所合成的氧杂全氟烷基聚乙二醇系聚合物具有如此优异的表面性能,有望成为全氟辛酸类表面活性剂的替代品,用作润湿剂、铺展剂、起泡剂、防污剂等。

全文目录


摘要  4-6
ABSTRACT  6-11
前言：研究意义和研究内容  11-13
第一章 综述  13-31
  1.1 表面活性剂发展史  13-14
  1.2 表面活性剂的分类及应用  14-17
    1.2.1 按溶解性分类  14
    1.2.2 按分子量分类  14-15
    1.2.3 按结构分类  15-17
    1.2.4 按组成元素分类  17
  1.3 氟碳表面活性剂  17-29
    1.3.1 氟碳表面活性剂的分类  17-20
    1.3.2 氟碳表面活性剂的合成  20-23
    1.3.3 氟碳表面活性剂的特性  23
    1.3.4 氟碳表面活性剂的应用  23-26
    1.3.5 氟碳表面活性剂的研究现状  26-29
  1.4 表面活性剂发展趋势  29-31
第二章 氧杂全氟烷基聚乙二醇系聚合物的合成  31-44
  2.1 实验部分  31-33
    2.1.1 仪器与试剂  31-32
    2.1.2 合成路线  32-33
    2.1.3 合成步骤  33
  2.2 结构表征与性能测试  33-34
    2.2.1 红外光谱  33
    2.2.2 核磁共振波谱  33-34
    2.2.3 紫外光谱  34
    2.2.4 热重分析  34
  2.3 结果与讨论  34-44
    2.3.1 全氟(2-甲基-3-氧杂己基)氟化物与全氟-2,5-二甲基-3,6-二氧壬酰氟的红外光谱  34-35
    2.3.2 全氟(2-甲基-3-氧杂己基)氟化物与全氟-2,5-二甲基-3,6-二氧壬酰氟的核磁共振波谱  35-37
    2.3.3 氧杂全氟烷基聚乙二醇系聚合物的红外光谱分析  37-38
    2.3.4 氧杂全氟烷基聚乙二醇系聚合物的核磁共振波谱  38-40
    2.3.5 氧杂全氟烷基聚乙二醇系聚合物的紫外光谱  40-41
    2.3.6 氧杂全氟烷基聚乙二醇系聚合物的热重分析  41-44
第三章 氧杂全氟烷基聚乙二醇系聚合物的表面性能研究  44-64
  3.1 实验部分  45-46
    3.1.1 仪器与试剂  45
    3.1.2 表面张力测试  45
    3.1.3 浊点测试  45
    3.1.4 化学稳定性测试  45-46
    3.1.5 胶束粒径测试  46
  3.2 结果与讨论  46-64
    3.2.1 氧杂全氟烷基聚乙二醇系聚合物水溶液的表面张力γ  46-48
    3.2.2 氧杂全氟烷基聚乙二醇系聚合物水溶液的临界胶束浓度CMC  48-50
    3.2.3 氧杂全氟烷基聚乙二醇系聚合物在水中的表面吸附现象  50-55
    3.2.4 氧杂全氟烷基聚乙二醇系聚合物的亲水亲油平衡值（HLB）  55-56
    3.2.5 氧杂全氟烷基聚乙二醇系聚合物的效本因子pC_(20)、CMC/C_(20)与Π_(CMC)  56-57
    3.2.6 氧杂全氟烷基聚乙二醇系聚合物的浊点测试分析  57-58
    3.2.7 氧杂全氟烷基聚乙二醇系聚合物在强酸中的表面张力曲线  58-60
    3.2.8 氧杂全氟烷基聚乙二醇系聚合物在强碱中的表面张力曲线  60-62
    3.2.9 氧杂全氟烷基聚乙二醇系聚合物在水溶液中形成的胶束粒径  62-64
第四章 总结  64-66
参考文献  66-73
致谢  73-74
攻读硕士学位期间已发表或录用的论文  74

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中图分类: > 工业技术 > 化学工业 > 试剂与纯化学品的生产 > 表面活性剂
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