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氟硅表面活性剂(FSS)水溶液表面张力、发泡力、乳化力测定(三)

来源:陕西科技大学学报 浏览 140 次 发布时间:2025-01-22

与FPHMS曲线相比,图1中FSS曲线在3445(w,vO-H)cm-1处的弱峰包为分子中O-H特征伸缩振动峰;而在2965——2873(m,vC-H,CH3、CH2)、1456(w,δC-H,CH3、CH2)cm-1处峰变宽增强,此乃由引入到FPHMS上的聚醚分子中所含的大量亚甲基引起;而1367 cm-1、1210 cm-1(m,vC-F,CF3)C-F伸缩振动峰减弱;1262 cm-1[m,δC-H,Si(CH3)2]、840[w,vSi-C,Si(CH3)3,Si(CH3)2]和800 cm-1[m,vSi-C,Si(CH3)2]处(CH3)3SiO-、~Si(CH3)2O-的特征吸收带峰减弱,归因于聚醚基被引入FPHMS中后导致~C2H4CF3、(CH3)3SiO-、~Si(CH3)2O-在整个分子中所占的比例减小之故。另外,1100 cm-1——1150 cm-1处聚醚基中的C-O-C伸缩振动吸收峰,它与聚硅氧烷在1027 cm-1——1068 cm-1特有的Si-O-Si伸缩振动吸收峰部分重叠,引起Si-O-Si峰形发生变化;1456 cm-1、1350 cm-1和953 cm-1三处为聚醚链节~[C2H4O]n-、~[C3H6O]n-的特征吸收峰;更主要的是Si-H在2160 cm-1和910 cm-1处振动吸收峰完全消失,而烯丙基聚醚中CH2=CH-在1640——1645 cm-1处伸缩振动吸收峰没有出现,均可说明FPHMS和烯丙基聚醚之间的硅氢加成反应确实发生。证明烯丙基聚醚接枝到FPHMS分子链上,检测表明合成达到预期的目标物FSS.


2.2 FSS的界面性能


FSS的质量浓度(ρ)对其在水中的表面张力(γ)的影响如图2所示。

图2 FSS的质量浓度与其水溶液表面张力的关系


由图2可看出,曲线转折点对应FSS的lgρ=-3.0,即ρ=1×10-3g·mL-1或1.0 g·L-1,故其临界胶束浓度(cmc)为1.0 g·L-1,此时表面张力(γcmc)为23.5 mN·m-1.由此可见,合成的FSS能使水的表面张力由约72 mN·m-1降至23.5 mN·m-1,说明该表面活性剂表面活性优良。


2.3 FSS的泡沫性能


发泡力和稳泡性是描述表面活性剂溶液泡沫性能的重要指标,采用振荡法测定FSS的泡沫性能,并与SDS、CTAB进行比较,结果见表1.


由表1可见,与阴离子表面活性剂SDS、阳离子表面活性剂CTAB相比,合成的氟硅表面活性剂FSS,无论在发泡力还是稳泡性方面,都有明显不同。FSS的泡沫性能较弱,特别是泡沫产生后易消失,属低泡性表面活性剂,有利于在溢流喷射等纺织工序及要求泡沫性能不高的场合中应用。

表1 FSS与SDS、CTAB的发泡力和稳泡性比较


2.4 FSS的増溶力和乳化力


增溶力和乳化力也是表面活性剂的重要性能指标,表2列出了FSS的乳化力和增溶力测试结果,并与SDS、CTAB的性能进行对比。

表2 FSS的乳化力和增溶力


由表2可看出,FSS对苯的增溶力为13.7,比十二烷基硫酸钠(SDS)对苯的增容力11.3要稍好些,与十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)的增溶力14.0相当。对煤油的乳化力,CTAB最好,SDS次之,FSS最低。但对50#机油的乳化力,SDS很好,FSS次之,CTAB的要差些。而对苯的乳化力,SDS要稍好些,FSS与CTAB的相仿。说明乳化煤油时,FSS不如SDS和CTAB,而乳化50#机油时,FSS比CTAB的要好,但大不如SDS的;乳化苯时,FSS比SDS的稍差,与CTAB的相仿。


2.5 FSS在硬水中的稳定性


参照GB 7381-87所述方法,对合成得到的氟硅表面活性剂FSS在硬水中的稳定性进行了测定,结果如表3.

表3硬水中稳定性测定数据


由表3知,FSS在硬水中的评分总和为75,可得出氟硅表面活性剂FSS的平均稳定性为5级,另外,FSS在硬水中的每组评分值和均为25,从差示稳定性评分标准可知,FSS的差示稳定性也为5级。综合评定分析表明:FSS在硬水中的稳定性很好。


3结论


(1)1,3,5-三甲基~1,3,5-三(3′,3′,3′~三氟丙基)环三硅氧烷(D3F)、八甲基环四硅氧烷(D4)、四甲基环四硅氧烷(D4H)、六甲基二硅氧烷(MM)、烯丙基聚氧乙烯聚氧丙烯醚(F6)经酸催化开环聚合反应、硅氢加成反应合成出了一种新型氟硅表面活性剂(FSS)。用红外光谱(IR)确证合成的产物为预期的FSS.


(2)FSS水溶液的临界胶束浓度(cmc)为1.0 g·L-1,cmc处的表面张力(γcmc)为23.5 mN·m-1.与阴离子表面活性剂SDS和阳离子表面活性剂CTAB相比,FSS的泡沫性能较弱,泡沫产生后较易消失。


(3)质量分数为0.5%的FSS水溶液对苯的増溶力为13.7,对煤油、50#机油和苯的乳化力分别是9 s、27 s和28 s,FSS在硬水中的稳定性很好达5级。