[发明专利]一种二茂铁基双重刺激响应型表面活性剂

说明书

本发明公开了一种二茂铁双重刺激响应表面活性剂，该表面活性剂在通入CO₂时形成碳酸氢盐阳离子型表面活性剂，通入N₂或空气时表面活性剂分解生成烷基胺，失去表面活性；加入氧化剂，如双氧水等，该表面活性剂被氧化；加入还原剂，如亚硫酸钠、硼氢化钠、维他命C等，该表面活性剂能被还原为初始状态，即该表面活性剂具有二氧化碳‑氧化还原双重刺激响应性，该表面活性剂能够形成二氧化碳‑氧化还原双重刺激响应型泡沫、乳状液等。

(一)技术领域

本发明涉及一种二茂铁基双重刺激响应型表面活性剂，属于胶体与界面化学领域。

(二)背景技术

近几年来，开关型表面活性剂其及形成的智能响应体系引起了人们的极大兴趣和广泛关注。在一定的外界刺激下，这些功能性化合物的结构发生可逆的变化，使其在“开”和“关”即具有“表面活性”和“不具有表面活性”之间相互转换，进而影响体系的微观和宏观性质，例如一些可控的泡沫或乳液，在一定的环境刺激下体系的稳定性可以被智能调控。其次，这些表面活性的“开关”可重复使用，因此它不但具有智能调控性能，还实现了资源的重复利用，故具有重大的应用前景。

目前报道的环境刺激方式有多种，主要包括电化学、光照、pH、温度、磁场强度以及双重触发机制如pH-温度、磁场强度-温度和pH-离子强度等。通常，pH、温度、氧化-还原等刺激响应型表面活性剂控制在亲水基“开”和“关”两种状态之间实现转换，其疏水基部分缺少调控，因此不能对其自组织结构、颗粒表面的润湿性等进行更微细的调控。

(三)发明内容

本发明涉及一种二茂铁基双重刺激响应型表面活性剂，其结构式如下：

其中R₁是碳原子数为1～22的任意一种直链或支链、饱和或不饱和、含有或不含有芳香环、含有羰基或不含羰基的烷基；R₂是碳原子数为1-4的任意一种直链或支链烷基。

如图1，该表面活性剂在通入CO₂时形成碳酸氢盐阳离子型表面活性剂，通入N₂或空气时表面活性剂分解生成烷基胺，失去表面活性；如图2，加入氧化剂，如双氧水等，该表面活性剂被氧化；加入还原剂，如亚硫酸钠、硼氢化钠、维他命C等，该表面活性剂能被还原为表面活性剂初始状态，即该表面活性剂具有二氧化碳-氧化还原双重刺激响应性。

上述二茂铁基双重刺激响应型表面活性剂的制备主要包括以下步骤：

(1)酰基化反应：将二茂铁和一定量的催化剂加入有机溶剂中，在冰浴条件下滴加1～2倍摩尔当量的烷基叔胺酰氯的有机溶剂溶液，待滴加完全后升高反应温度至室温，继续反应12～36小时，反应结束后除去有机溶剂，得到酰基化产物，其中酰基化催化剂为无水三氯化铝、氯化锌、三氟化硼中的一种或几种，其用量为0.01～1.5摩尔当量；有机溶剂为二氯甲烷、三氯甲烷、丙酮、乙醚等溶剂中的一种或几种混合溶剂；

(2)还原反应：将取代产物溶解到二氯甲烷或乙醚等有机溶剂中，加入0.1～10倍摩尔当量的还原剂，如氢化铝锂、硼氢化钠、硼氢化钾、锌粉等，反应1～20小时后，除去溶剂，得到还原产物；

(3)将还原产物与CO₂接触，生成碳酸氢盐阳离子表面活性剂。

本发明的表面活性剂具有优良的表面化学性能，能够形成二氧化碳-氧化还原双重刺激响应型泡沫。如图3，向该表面活性剂水溶液中通入氮气，泡沫消泡，再通入CO₂后，泡沫恢复；当向该表面活性剂泡沫溶液中加入少量氧化剂，如双氧水等，也发生消泡现象，体系中加入还原剂，如亚硫酸钠、硼氢化钠、维他命C等，泡沫恢复，即该泡沫具有二氧化碳-氧化还原双重刺激响应性能。