双季铵盐抗静电剂开题报告

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1、科研训练报告论文题目：双季铵盐抗静电表面活性剂学院:化学工程学院专业班级：应化10-2班 姓名:胡浩付阿瑞杨磊 时间：2013年3月7号地点:化学工程学院指导教师：张晓梅二 O 一二 年 元 月训练目的:通过科研训练课程，使高年级本科生初步了解并亲历科研工作的基本过程, 以小组为单位，在“接受研究项目f查阅文献资料f总结文献f拟定实验方案 f实施实验一分析结果f撰写报告，汇报”训练中，发挥自主学习精神和团队 协助精神，培养学生理论联系实际、分析问题和解决问题的能力，提高实践能 力和综合素质。主要内容：1、学会使用网络工具查阅资料；2、对查得的资料进行总结；3、拟定实验流程和具体的操作步骤；4、

2、实验；5、对产物的典型特性进行表征和分析;6、撰写科研训练报告。指导教师评语:成绩评定指导教师签字年月日注：本页由教师填写开题报告双季铵盐抗静电表面活性剂时间： 2013 年 3 月 7 日一、 选题的依据及意义：在日常生活和生产中，许多材料在使用过程中容易产生静电积累，造成吸尘、 电击，甚至产生火花后导致爆炸等恶性事故1。如在防止工业中合成纤维的产生 和加工；电子工业中各种静电敏感性元件的生产、运输、贮放，由于静电荷的积 累往往会造成重大损失2，所以静电的防护已经引起人们的重视。近年来，季铵盐类阳离子表面活性剂的品种开发和产品应用都得到了较快发 展。随着阳离子表面活性剂在工业各领域内日益广泛

3、的应用，对其性能也提出了 更多、更高、更为具体的要求，促使对表面活性剂的合成进行更为深入的研究。双季铵盐类表面活性剂是一类新型的表面活性剂，与单季铵盐阳离子表面活 性剂具有相近的性能及相同的应用范围。由于双季铵盐表面活性剂中含有两个季 氮原子，在金属、塑料、织物、矿石上具有更强的成键能力和吸附作用，与非离 子及两性表面活性剂的复配性能也得到进一步的改善，而且水溶性也明显加强， 所以，双季按盐类阳离子表面活性剂在沥青乳化、矿石浮选、纤维织物整理、金 属加工等行业已得到广泛的应用。目前双子热己席卷欧美、亚洲，各国竞相投入人力、财力进行研究开发。我 国在 Gemini 型表面活性剂方面的研究起步较晚

4、，近三年主要集中在对季铵盐型 双子表面活性剂的研究3。这些新型的双子季铵盐表面活性剂具有更好的表面活 性、杀菌性、抗静电性、生物安全性、耐温稳定性等优点。它们的合成和结构性 能研究丰富了 Gemini 的门类，对于解释构效关系有重要的理论探讨价值。同时 研究的直接成果可以为石油工业和其它行业提供兼备表面活性、杀菌性、缓蚀性 的多功能外加剂，具有很好的应用价值。在全世界的共同努力下，双季铵盐一定 会有更好的发展。二、国内外研究概况及发展趋势（含文献综述）：（一）有关双季铵盐的合成1991年Men ger等首先合成了由刚性基连接的双离子头基表面活性剂，并 命名为Gem in is（双子星座），形象

5、的表述了此类表面活性剂的结构特征。Rosen小 组采纳了 Gemini 的命名，并系统合成和研究了氧乙烯及氧丙烯柔性基团连接的 Gemini 表面活性剂5。之后，人们才真正系统的开展了这方面的研究工作。从已报导的文献来看6，疏水基团和亲水基团都可能多于两个，连接基团也 可能多于一个；有长链的柔性结构，如聚亚甲基;也有短链结构和刚性结构，如 含 1-2 个碳原子的亚烷基和对苯二亚甲基链；有疏水的非极性链，如脂肪族和芳 香族碳氢链等，也有亲水的极性链，如聚氧乙烯醚链等。有关阳离子型 Gemini 表面活性剂的合成、性能、应用方面研究的文献报导 最多，几乎占了三分之二，主要是双季铵盐型，也有少数几种

6、其它类型。总的来 说，阳离子型 Gemini 表面活性剂合成条件较苛刻，尽管产品性能优良，但由于 成本太高，用户还难以接受，大多数还只是实验阶段产品或仅供科研使用，离大 规模工业化还有一段距离;阴离子型 Gemini 表面活性剂种类较多，并已有工业化 产品供应。从已报导的化合物结构来看，主要为磷酸酷盐、磺酸盐、硫酸醋盐类。 非离子型结构较多，但具体构型不多，只有两大类：一是糖的衍生物，二是醇醚、 酚醚型。国内对双子表面活性剂的研究是从 90 年代开始的，直到 2001 年以后才有相 关的合成报道。己报道合成的双子表面活性剂主要有：双季铵盐阳离子表面活性 剂、含脂基双季铵盐阳离子表面活性剂、磺酸

7、系双子表面活性剂等。目前国内外的双子表面活性剂的合成路线主要有以下三种： 一是先设计一种适当的连接剂，然后将两个双亲体在头基处键合起来。 如：两个叔胺或其衍生物与双卤化物的反应7；ch3ch32RN （：Hg + XRX ” RN- -R N-R 2XCHCli3二是选择某种分子结构连接着两个亲水基的原料物质，引入两条疏水链即可。 如：长链的卤代烷烃与四甲基乙二胺反应8：CH3ch3ch3ch3N一CH?- CH?十 + 2 XCpHn+i % 2CH2-CH2- N-CnH2n+ r2X_cmch3（此ch3三是以现成的表面活性剂为原料，通过活化反应或引入化学反应活化集团后再与连接剂反应即可

8、：双子阳离子表面活性剂研究开发最早，目前主要有以下几个方面的应用：一是双子季铵盐在杀菌方面将的应用。季铵盐型的表面活性剂可将复杂的蛋 白质分子分裂成若干多肽链，对细菌的活性产生抑制作用。研究发现，随着 CMC 值的降低，季铵盐表面活性剂的杀菌能力呈线性增加。二是双子季铵盐表在金属防腐方面的应用。在水中加入季铵盐表面活性剂并 未改变质子还原机理。抑制效率随表面活性剂的表面活性增大而增强。在接近 CMC 时效率最大，这主要是因为此时抑制剂分子在铁表面形成了稳定吸附层。三是双子季铵盐表面活性剂在三次采油中的应用。双子表面活性剂水溶液独 特的流变行为，具有剪切稀释特性，有利于扩大驱油波及体积，提高采油

9、率。此 外，Gemini表面活性剂在其它领域的应用。如用作相转移催化化学反应、制备 新材料和生物碱分离等领域有应用。（二）季铵盐抗静电剂1 抗静电剂的作用机理及分类 9抗静电剂按照使用方法可分为外部抗静电剂（暂时型抗静电剂）和内部抗静 电剂（混炼型抗静电剂永久型抗静电剂）两大类。外用抗静电剂是由小分子的表面活性剂组成，含亲水基团和亲油基团。由于 抗静电剂和材料本身并不完全相容，因此会由材料内部迁移到树脂表面。在一定 湿度条件下，亲水基团增加树脂表面水分，使静电荷得以散逸，从而达到降低其 表面电阻率的目的。传统抗静电剂在迁移过程中会不断消耗，有一定使用时间的 限制。内用抗静电剂只能通过混炼成型加

10、工，在材料中添加足量的抗静电剂，在材 料表面形成一层稠密的排列，表面浓度高于内部，亲水基团朝向空气成为导电层， 构成一个具导电能力的渗透网络。相比外用抗静电剂，内用抗静电剂可用时间长， 故又称“永久型抗静电剂”。塑料用抗静电剂以内用型抗静电剂为主，当遇不适用该方法的特种树脂或成型制品时，一般采用表面涂布的外用抗静电剂。而纤维制品的暂时型抗静电处理， 通常为添加表面活性剂（纺丝油剂）；耐久型抗静电处理则通常在纺丝（或丝线成 品浸轧）时加入无机粒子或有机高分子。在诸多抗静电剂中，季铵盐型阳离子抗静电剂为；一种重要的品种，其中主 要分为：烷基叔胺氯化物、烷基叔胺硝酸烟、烷基叔胺硫酸酯盐、烷基叔胺磷酸

11、 盐10。2 塑料用季铵盐抗静电剂季铵盐的静电消除效果好，同时具有很大吸附力，在浓度极稀的情况下，可 以被塑料和纤维充分吸着，可用作聚酯、聚氯乙烯、聚乙烯醇薄膜及塑料制品的 抗静电剂。缺点是耐热性不够好，容易发生热分解。合成方法一般是由叔胺与烷 基化试剂进行合成所得。3 纤维用季铵盐抗静电剂纤维制品所适用的抗静电剂主要分为：暂时型抗静电剂以及耐久型抗静电剂 前者通常做法是添加表面活性剂（纺丝油剂）；而后则是在纺丝时加入无机粒子或 有机高分子。31表面活性剂抗静电剂使用该类抗静电剂处理后，织物表面就具有平滑和柔软感，使织物的摩擦系 数变小，因此产生的静电量也减少。天然纤维吸湿性较强，一般不易产生

12、静电； 合成纤维吸湿性较差，就需要抗静电处理。表面活性剂性的抗静电剂在织物表面 上的耐洗度不好，易消除。311 适用于腈纶、丙纶的抗静电表面活性剂11十二烷基二甲基羟乙基氯化铵和十二烷基二甲基乙基溴化铵是可用于腈纶、 丙纶的季铵盐表面活性剂，这两种表面活性剂目前已有研究人员进行了合成以及 应用实验。十二烷基二甲基羟乙基氯化铵的合成反应式为：cH3H23C12CH3ClCH2CH2OHcH3H23C12厂CH3CH2CH3OH 1CH2CH2Br3cH3 H23C12_乎CHqCHCH3+Br十二烷基二甲基乙基溴化铵的合成反应式为：cH3H23C12CH3312适用于腈纶、涤纶、锦纶的抗静电表面

13、活性剂12在目前的科研领域中，具备更多功能的季铵盐表面活性剂也已制备得到。如 棕榈酸酯季铵盐，为一种新型的阳离子抗静电剂。经棕榈酸酯季铵盐抗静电处理过的纤维，随抗静电溶液浓度的增加，试样的 抗静电性能增强；到吸附接近饱和时，浓度的增加对抗静电性能影响不大。此产品作为腈纶、涤纶、锦纶的抗静电剂，生产简单、无毒、易产业化，且 具抗静电、匀染、柔软功能以及杀菌的新功能。32高分子型耐久抗静电剂13外用抗静电剂的耐洗牢度不好，易被洗去。若用反应性化合物与纤维在高温 下形成共价键结合或者形成共混体系进行纺丝（或丝线成品浸轧），则成品吸湿性 提高，具有一定的抗静电性能，且比较耐久。但须注意加入的高分子抗静

14、电剂与 聚合物的相容性，这密切关系到聚合物的可纺性，聚丙烯酰胺季铵盐的高分子聚 合物作为抗静电剂使用就是一个成功的例子。将聚丙烯酰胺季铵盐的高分子聚合物以不同浓度对涤纶织物进行浸轧，处理 过后的织物吸湿性提高，具有一定的抗静电能力，且随着浓度升高，涤纶织物固 着率增加，抗静电能力增强；为高分子抗静电剂浸轧所得，比起表面活性剂型抗 静电剂，耐水洗性能较好。三、研究内容及实验方案：（一）研究内容制备双季铵盐抗静电表面活性剂二）实验方案合成方式一：实验用品：苯胺（化学纯，上海凌峰化学试剂有限公司）、环氧氯丙烷（分析纯，上海 凌峰化学试剂有限公司）、正丙烷（分析纯，国药集团化学试剂有限公司）、乙醇 （

15、分析纯，南京化学试剂有限公司）、丙酮（分析纯，上海化学试剂有限公司）、 三乙胺（分析纯，上海凌峰化学试剂有限公司）、吡啶（分析纯，上海凌峰化学 试剂有限公司）、旋转蒸发仪RE52CS （上海亚荣生化仪器厂） 合成路线：2CJN0H0HN0HCIch36畑如ch3ch3 oh试验方法： 在装有搅拌器、回流冷凝管、温度计和恒压滴液漏斗的四口烧瓶中，放入40mL无水乙醇作溶剂，通氮气保护。然后加入苯胺（16mL、0.05mol），用恒压 滴液漏斗滴加环氧氯丙烷（16mL、O.lmol）,滴加速度为30滴/分。滴加完毕， 继续反应12h后，反应停止。控制温度40，减压蒸馏2h除去溶剂，得到棕色 黏性液

16、体。然后用丙酮洗涤三次，得到棕色黏性双氯中间体B（二（3-氯-2-羟基丙 基）-3, 3-苯基亚氨），将得到的双氯中间体B与十二烷基二甲胺按1:2的摩尔比 在乙醇溶剂中进行季铵化反应，控制反应温度80C，回流反应12h，停止反应, 得到黄色液体。然后控制温度在60C，减压蒸馏2h,得到黏性黄色物质。该物 质在丙酮中重结晶三次得到淡黄色固体产物 Dl（3， 3 -苯基亚氨基-（二（2-轻基丙 基-十二烷基二甲基）氯化铵）,然后在真空干燥箱内于4050C下干燥4-5h，即可。合成方式二:实验用品：环氧氯丙烷(AR)；己二酸(AR)；十二烷基二甲基胺(工业级)；丙酮(AR)。精 密增力电动搅拌器(J

17、J 一 1),循环水式多用真空泵(SHZ 95),旋转蒸发器 (ZFQ85A)；傅立叶变换红外光谱仪(VECTOR 一 22)；元素分析仪(Vario ELIII)。合成路线：OH2CHCH2CI +C12H25N(CH3)2cH3H25C12CH3NCH2 - HC、 CH2 Cl-OHOOC(CH) COOHACH3H25C12 厂CH2CH3OHO0一00Ch3(CIHP4C OCHfCH CHJHOH3CC12H25Cl2-试验方法：在一烘干的 250 mL 三口烧瓶中, 加入环氧氯丙烷 708 g, 丙酮 24 . 0 g,搅拌下滴加16 31 g十二烷基二甲基胺。控制滴加速度，1

18、h 滴完, 室温搅拌 40h 后向反应产物中加入己二酸 331 g, 加热至 60 C并回流，反应8 h。得深黄色透明液体，放人冰箱冷冻。将析出 的晶体抽滤, 称重, 计算产率。 再用适量混合溶剂重结晶, 抽滤得目 标产物。四、目标、主要特色及工作进度目标：合成双季铵盐抗静电表面活性剂主要特色：合成了双羟基系列的季铵盐抗静电表面活性剂 工作进度：参考文献1杜仕国.抗静电剂的开发及其应用J.化工新型材料，1994(7)： 9-12.2化工百科全书编写组.化工百科全书M.北京：化工出版社，1995： 668.3 董泽华，刘靖.防治硫酸铁还原菌的杀菌剂的合成与性能.日用化学工业.1997.(6)：7

19、-11.4 Menger F M,Littan CA.Gemini Surfactants:Synthesis and Properties.JAm Chem Soc.1991.113(4):1451-1452.5Rosen M J.Geminis:A New Generation of Surfactants.Chem Technol.1993.23(3):30-33.6姚志刚，李干佐等.Gemini表面活性剂合成进展.化学进展.2004,5.16 (3)： 349-364.7 Soma De,Vinod K Aswal,Prem S Goyal,et al.Novel gemini mic

20、elles from dimeric surfactants with oxyethylene spacer chain small angle neutron scattering and fluorescence studies.J Phys Chem B.1998.(102):6152-6160.8 游毅，郑欧，邱羽等 .Gemini 阳离子表面活性剂的合成及胶束生成 . 物理化学学 报.2001.17(1):74-78.9 冯亚青、王利军、陈立功，等合编.助剂化学及：I：艺M.北京：化学工业出版社.2006： 324-33410李燕云、尹振晏、朱严瑾.抗静电剂综述J.北京石油化工学院学报，2003(3)： 29.11冯薇、傅德才.多功能季铵盐型阳离子表面活性剂的合成及应用J.印染助剂，1995,(2) ： 12-1512张洪波、苏春辉、李林.新型抗静电剂的合成及性能研究J.材料科学与工程学报，2004， (2)： 12112213李明高分子型阳离子抗静电剂性质的研究J.材料与染色，2003(8)：232-233.