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正己醇聚氧乙烯醚硫酸鈉、正己醇聚氧丙烯醚硫酸鈉水溶液平衡表面張力、動態表面張力測定（一）
來源：石油化工 瀏覽 579 次 發布時間:2025-07-23
以正己醇作為引發劑，分別與環氧乙烷和環氧丙烷發生聚合，再以氣體三氧化硫進行硫酸化反應，合成了正己醇聚氧乙烯醚硫酸鈉（HE3S）以及正己醇聚氧丙烯醚硫酸鈉（HP3S）2種陰非離子型表面活性劑。采用FTIR和1H NMR技術對表面活性劑結構進行了表征。通過平衡表面張力、動態表面張力和動態接觸角研究了其水溶液的表面活性。實驗結果表明，HE3S和HP3S在298 K下的臨界膠束濃度分別為58.36 mmol/L和53.84 mmol/L，最低表面張力分別為33.91 mN/m和33.29 mN/m；由動態表面張力計算出的擴散系數，可知兩種表面活性劑在水溶液中的吸附機理均屬于混合動力控制吸附；當溶液濃度為150 mmol/L時，HE3S和HP3S的水溶液液滴在石蠟膜上可以短時間內快速鋪展，其最低接觸角分別達到64.5°和55.9°。
脂肪醇醚硫酸鹽是廣泛應用在采油、清洗以及涂層等領域的一種陰非離子型表面活性劑。目前研究與應用較多的是長鏈型脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸鹽（AES），AES在實驗室內的合成主要是通過氯磺酸、發煙硫酸或液體三氧化硫進行硫酸化，該硫酸化法不僅產生廢酸，污染環境，增加成本，腐蝕設備，還需要溶劑，導致產物不純。以氣體三氧化硫作為硫酸化試劑進行磺化反應時，反應過程中不生成水，SO3的用量可接近理論用量，反應快，無廢酸產生，對設備無腐蝕，是實驗室研究磺化反應的一種清潔工藝。相比長鏈型AES，短鏈型AES具有優良的潤濕性能與吸附效力，以及低Krafft點等性能，這些在實際應用中都是非常重要的考察因素。
另外，丙氧基團作為過渡極性基團，嵌入烷基硫酸鹽中可以調節表面活性劑的親水親油平衡值（HLB），既延伸了其疏水鏈長度，又不影響自身溶解性。因此，可以通過丙氧基團的加合數來調節產品的性能，使其應用在多領域的不同環境中。有文獻指出嵌入丙氧基團的表面活性劑可能具有超低油水界面張力、超強增溶效果、抗鹽抗硬水以及不易水解等性能。然而，當前國內關于短鏈型AES以及脂肪醇聚氧丙烯醚硫酸鹽（APS）的合成、物化性能以及應用性能研究報道得較少。
本工作以正己醇作為引發劑，分別與環氧乙烷和環氧丙烷發生聚合，以氣體三氧化硫進行硫酸化反應，得到了正己醇聚氧乙烯醚硫酸鹽（HE3S）和正己醇聚氧丙烯醚硫酸鹽（HP3S）。采用FTIR和1H NMR技術對表面活性劑結構進行了表征，通過平衡表面張力、動態表面張力和動態接觸角研究了其水溶液的表面活性。
1實驗部分
1.1試劑和儀器
正己醇、石油醚、氫氧化鈉：AR，科密歐試劑有限公司；發煙硫酸：AR，北京市李遂化工廠；環氧乙烷：GR，北京燕山石油化工有限公司；環氧丙烷：AR，國藥集團化學試劑有限公司；烷氧基化催化劑：自制。
采用德國Bruker公司Vertex-70型傅里葉變換紅外光譜儀和美國Varian公司INOVA-400 MHz核磁共振儀400 MHz共振儀表征產物的結構；采用德國Kru¨ss公司K-12型表面張力儀，在298 K下，吊片法測定產品水溶液的靜態表面張力。采用德國Kru¨ss公司BP-100型動態表面張力儀，在298 K下，泡壓法測定不同濃度的產品水溶液在0.01～250 s范圍內的動態表面張力。采用德國Kru¨ss公司DSA25型接觸角測量儀，在298 K下測定不同濃度的產品水溶液在石蠟膜上0～12 s接觸角的變化。
1.2合成方法
根據文獻［11］報道的方法，在高壓反應釜中加入正己醇和烷氧基化催化劑，升溫后通入環氧乙烷或環氧丙烷，分別合成正己醇聚氧乙烯醚（HE3）與正己醇聚氧丙烯醚（HP3）。隨后用經發煙硫酸制備的三氧化硫，與HE3或HP3進行硫酸化反應后再用氫氧化鈉中和，最后經除鹽和萃取提純得到淺黃色膏狀HE3S和HP3S，合成路線如圖1所示。
2結果與討論
2.1結構表征
圖2為HE3，HE3S，HP3，HP3S的FTIR譜圖。由圖2a可知，在HE3譜圖中的3 400 cm-1處出現羥基強吸收峰，而在HE3S譜圖中此峰明顯減弱，表明羥基已經基本消失；而在HE3S譜圖中的1 245 cm-1和755 cm-1處出現了C—O—SO3基團的強吸收峰。綜合表明，羥基已被硫酸酯基所取代。而對于在HE3S譜圖中仍存在的弱羥基峰可能有兩個原因：1）HE3S具有強吸濕性，可能會有少量水分存在；2）測定方法采用HE3S的乙醇溶液涂膜法，乙醇可能會有部分殘留，導致測定結果有羥基峰的出現。圖2b與圖2a結論相似。
圖3為HE3S和HP3S的1H NMR譜圖。由于在合成過程中HE3和HP3為混合物，氫原子的化學位移（δ）會發生堆積，只能通過積分面積與δ確定特征基團的氫原子個數，而不能確定其裂峰［11］。由圖3（a）可知，δ=0.845（3H，—CH3），1.250（6H，—CH2—），1.529（2H，—CH2—），3.410（2H，—CH2O—），3.637（8H，—OCH2CH2O—），3.964（2H，—OCH2—），4.205（2H，—CH2OSO3Na），7.260（CDCl3）。由圖3（b）可知，δ=0.869（3H，—CH3），1.156（6H，—CH2—），1.275（9H，—CH3），1.565（2H，—CH2—），3.198（2H，—CH2O—），3.466（6H，—OCH2CH—O—），4.0 1 3（2 H，—O C H2—），4.7 1 0（1H，—CH—OSO3Na），7.260（CDCl3）。
圖1 HE3S和HP3S的合成路線
圖2 HE3，HE3S，HP3，HP3S的FTIR譜圖
圖3 HE3S和HP3S的1H NMR譜圖
可見，產物的1H NMR譜圖分析結果與HE3S和HP3S的理論分子式結構相吻合，表明成功得到了目標產物。