發(fā)布時間：2020-04-17 02:20

【摘要】：現(xiàn)代生活,人們更加注重穿著體驗、生活品質和健康安全。酯基季銨鹽作為一種綠色的陽離子型表面活性劑,憑借其優(yōu)良的可生物降解性、織物整理柔軟性以及抗菌效果,逐漸成為小分子碳長鏈烷基甲基季銨鹽(如:D1821、DC-5700等)的理想替代品,受到人們的不斷關注。而且,微波技術的引入也在不斷提高季銨化反應過程的效率,節(jié)能降耗也成為合成工藝改進的重要目標。本論文通過分子設計和工藝改進,將微波高壓的思路引入反應過程,以山崳酸、N-甲基二乙醇胺(MDEA)以及γ-氯丙基三甲氧基硅烷(CPTMO)為主要原料,經酯化和季銨化兩步反應合成了山崳酸雙長鏈酯基有機硅季銨鹽(SiQC_(21)Cl),并通過單因素及正交實驗對合成工藝進行了優(yōu)化。其中,酯化反應的最佳工藝條件為:催化劑用量為3%,反應溫度為190℃,物料摩爾比[n(山崳酸):n(MDEA)]為1.7:1。在此條件下進行三次重復性實驗,平均酸值為3.98 mgKOH/g;微波法促進季銨化反應的最優(yōu)工藝條件為:設置微波功率為800 W,物料摩爾比為n(硅烷):n(酯胺)=1.2:1,反應溫度170℃,溶劑用量為m(溶劑):m(原料)=0.8:1,反應時間為12 h。最優(yōu)工藝下重復三次實驗,平均轉化率達96.60%。與傳統(tǒng)加熱工藝相比,微波-高壓協(xié)同制備有機硅季銨鹽的反應時間更短,轉化率更高。采用紅外光譜、核磁共振氫譜、質譜以及熱重分析等對中間體及目標產物的結構進行了表征,與預期結果一致;通過高效液相色譜-蒸發(fā)光散射檢測器(HPLC-ELSD)測定季銨鹽純度達98.77%。在前期最佳的合成工藝基礎上,進一步選取了系列中長碳鏈脂肪酸來制備雙長鏈酯胺(DCEAC_n,n=9,11,13,15,17)和雙長鏈酯基有機硅季銨鹽(SiQC_nCl)。針對SiQC_nCl在水溶液中的表面張力、臨界膠束濃度、增溶性能、乳化性能、潤濕性能以及起泡性能等基本物理性能進行了系統(tǒng)地研究。對于不同碳鏈長度的有機硅季銨鹽,臨界膠束濃度(CMC)和溶液表面張力所能達到的最低值(γ_(CMC))均隨著碳鏈長度的增長而減小;最大過剩表面濃度(Γ_(max))隨碳鏈長度的增加而增大;相反地,飽和吸附時每個分子在界面上所占的面積(A_(min))隨之而減小。通過透射電子顯微鏡(TEM)觀察可知,SiQC_nCl在水溶液中均形成了球形或橢球型的聚集體,且隨著碳鏈長度的增加,聚集體也逐步增大;聚集體粒徑大小為300 nm~900 nm,其粒徑與動態(tài)光散射(DLS)測得粒徑大小相近。實驗中測定了SiQC_n Cl對S.aureus和E.coli的最低抑菌濃度(MIC值)和最低殺菌濃度(MBC值)。結果表明,SiQC_nCl對S.aureus的抗菌能力要強于E.coli;SiQC_nCl對S.aurues和E.coli的MIC值和MBC值均隨著疏水尾鏈的增長呈先變小后增大的趨勢,其中以SiQC_(15)Cl的抑菌和殺菌濃度效果最佳,與市售傳統(tǒng)季銨鹽D1821的抗菌能力相當。按照國家標準《GB/T 15818-2006》對不同類型表面活性劑的初級生物降解度進行了對比測試。結果表明,SiQC_(21)Cl和SiQC_(15)Cl均表現(xiàn)出較好的初級生物降解性,在培養(yǎng)周期內降解120 h,初級生物降解度均達到80%以上;而D1821和DC-5700的初級生物降解能力非常差,降解120 h,初級生物降解度僅為19.3%和40.2%。論文中以異構醇聚氧乙烯醚(1310)為乳化劑配制有機硅季銨鹽乳液,對織物進行整理后測定織物的柔軟性、白度及抗菌性能。結果發(fā)現(xiàn):與原始胚布相比,隨著疏水尾鏈的增長,SiQC_nCl對織物整理后的柔軟性能也在提升。其中,經SiQC_(17)Cl處理的織物柔軟效果最好,處理5次后柔軟度達77 mN,手感與D1821相當。而經SiQC_(15)Cl整理的織物維持白度的能力最佳,處理5次后的抗黃變率與市售合成產物D1821相當,為96.39%。SiQC_nCl處理過的織物均具備一定的抑菌和殺菌能力。其中,以SiQC_(13)Cl處理后的織物效果為最佳。采用SEM觀察織物纖維表面的微觀形貌,未經處理的原始胚布表面特別粗糙、凹凸不平而且有許多溝壑。經SiQC_(15)Cl、D1821處理后的織物表面變得相對光滑,溝壑也相對減少。論文中就有機硅季銨鹽對織物的整理過程、交聯(lián)機理進行了預測分析,有機硅季銨鹽分子與織物表面主要通過硅甲氧基的交聯(lián)縮合、范德華力、氫鍵、靜電作用等加強分子間作用力,錨接于織物表面,降低摩擦系數(shù),改善織物手感。
【圖文】：

圖 1-1 脂肪酸與三乙醇胺反應方程式Fig. 1-1 The reaction equation of fatty acid with triethanolamine[3]通過引入硫酸二甲酯合成了不同酯化度的季銨鹽并將其：相比于單酯、三酯以及混合酯，雙酯基季銨鹽表現(xiàn)出更

圖 1-2 一種季銨鹽 Gemini 表面活性劑的合成synthesis of a kind of quaternary ammonium salt Ge等[16]以烷基酰氯及氯乙酰氯為原料，通過面活性劑（如圖 1-3 所示），，在丙烯酸染
【學位授予單位】：廣州大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TQ423.121;TS195.2

【參考文獻】

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本文編號：2630335