[发明专利]一种香豆素基光-CO2/N2双重刺激响应型表面活性剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种香豆素基光-CO₂/N₂双重刺激响应型表面活性剂，属于胶体与界面化学技术领域。

背景技术

表面活性剂素有“工业味精”的美称，许多工业过程，例如原油回收、土壤修复、乳液聚合、食品加工、药物制备等，都需要使用表面活性剂稳定的体系，表面活性剂在这些体系中被用于增溶疏水有机物、稳定气-液或液-液界面等，但在大多数情况下，它只在某一阶段起作用，过程结束后，往往分离困难。

刺激响应型表面活性剂，就是通过一定的方法，引发水溶液中表面活性剂分子结构的变化，从而使相应的表面张力出现大幅度的改变，相应地，体系的某些宏观表面性质出现转变。通俗地说，就是人们可根据自己的需要来调节使其具有或者不具有表面活性功能。这种改变是可逆的，可以调控的。

表面活性剂分子及其聚集体的结构、性质和功能的调控是当前研究的热点之一。传统的调控方法一般是通过改变温度或者添加化学剂如酸、碱、盐以及助表面活性剂等，后者不可避免地增加了化学物质的排放和污染，并且难以实现可逆调控和表面活性剂的简便分离。

发明内容

本发明设计、合成一系列在分子结构中同时含有CO₂/N₂响应基团(叔胺)和光响应基团(香豆素)的新型光-CO₂/N₂双重响应型表面活性剂。利用CO₂/N₂开关对表面活性剂的表面活性进行一级调控，利用光响应基团对疏水基进行二级调控，从而实现对表面活性剂分子的双重调控。进而研究该表面活性剂在界面和溶液中的自组织体和与另一个表面活性剂的混合自组织体的形成、结构和行为的双重响应特性。

本发明的技术方案为：一种光-CO₂/N₂双重刺激响应型表面活性剂，是由香豆素基和叔胺基经二溴烷烃有机桥接得到，其中表面活性剂的有效成分为香豆素基叔胺碳酸氢盐，结构式如下：

其中R₁＝C₆-C₁₈直链或支链烷基。

如附图1所示，该表面活性剂溶液通入N₂后，碳酸氢盐分解，体系电导率随之降；当溶液通入CO₂后，表面活性剂CO₂反应结合形成碳酸氢盐阳离子表面活性剂，电导率急剧上升，重复此过程可以证明该表面活性剂具有CO₂/N₂开关性。

如附图2所示，该表面活性剂溶液在300nm紫外光照射下发生二聚，形成二聚体，如附图3所示，用紫外分光光度计分析表面活性剂在紫外光照后的吸收波长变化，2mmol/L浓度下，受到紫外光照射时，表面活性剂在320nm处的吸收峰逐渐下降，且在100min后降至最低.此时达到一种光平衡状态平衡，以上表明该表面活性剂具有光刺激响应性。

配制浓度为2mmol/L的表面活性剂碳酸氢盐水溶液，在紫外光下照射至光平衡，再稀释至一系列浓度，测其光照后的表面张力，并与光照前的表面活性剂水溶液的表面张力作对比，其结果如图4与表1所示，该表面活性剂光照前后cmc接近，但光照后γ_cmc上升，且光照后的表面张力曲线有两个拐点，分别在c＝2.95×10^-5和c＝2.90×10^-4，这是Bola型表面活性剂的特征表面张力曲线，即为第一cmc和第二cmc。

表1表面活性剂光照前后各项参数

该表面活性剂是以二溴烷烃、7-羟基香豆素为原料，经O烷基化、氨化、通入二氧化碳后得到一种香豆素基碳酸氢盐表面活性剂，反应方程式如图5，具体合成步骤如下：

(1)O-烷基化：7-羟基香豆素与摩尔比为1～4的二溴烷烃溶解在丙酮或乙醇中，加入摩尔比为1～3的碳酸钾，在50～70℃反应1～20小时，将产物抽滤，真空干燥，得到O-烷基化产物，其中二溴烷烃为1,6‐二溴己烷、1,7‐二溴庚烷、1,8‐二溴辛烷、1,9‐二溴壬烷、1,10‐二溴癸烷、1,11‐二溴十一烷、1,12‐二溴十二烷、1,14‐二溴十四烷、1,16‐二溴十六烷；