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木质素基阳离子表面活性剂的制备与表面活性研究
来源:中国造纸 浏览 11 次 发布时间:2026-09-02
2.2.1 样品在不同pH值下的表面张力及黏度分析
不同pH值下的表面张力的测定结果见图1。同时还测定了25℃时原料及其5#改性样品的临界胶束浓度。测定结果为原料木质素的临界胶束浓度为3.26×10⁻²mol/L,改性样品的临界胶束浓度为1.06×10⁻²mol/L,比一些常见季铵盐表面活性剂如十二烷基三甲基氯化铵(临界胶束浓度为2.03×10⁻²mol/L)的表面活性要好。
从图1可以看出,pH值对表面张力的影响较大,pH值为5时表面张力较小,5#样品表面张力最小,表面活性最好。
以改性样品在pH值为5下的表面张力为指标,正交实验结果见表4(0#样品为原料)。因为改性样品为表面活性剂,其表面张力越小,改性效果越好。由极差分析可以看出,影响改性样品表面张力的最主要因素是投料比,其次为反应温度,然后是反应时间,即影响因素的次序是A>C>B。由表4可见,各改性样品的表面张力都比原料小,A₂、B₂和C₃都对应着表面张力最低点,所以正交实验的优化组合为A₂B₂C₃,即m(中间体):m(木质素)=1.0:2.0,反应时间6h,反应温度72℃。因此,改性效果最好的是5#样品。
表4 木质素季铵盐合成正交实验结果
| 编号 | A | B | C | 表面张力/kN·m⁻¹ | 黏度/10³mPa·s |
|---|---|---|---|---|---|
| 1# | 1 | 1 | 1 | 71.90 | 1.041 |
| 2# | 1 | 2 | 2 | 66.08 | 1.007 |
| 3# | 1 | 3 | 3 | 64.69 | 1.101 |
| 4# | 2 | 1 | 2 | 69.12 | 1.060 |
| 5# | 2 | 2 | 3 | 61.12 | 1.172 |
| 6# | 2 | 3 | 1 | 70.32 | 1.150 |
| 7# | 3 | 1 | 3 | 71.76 | 1.063 |
| 8# | 3 | 2 | 1 | 68.65 | 1.061 |
| 9# | 3 | 3 | 2 | 69.78 | 1.152 |
| 0# | 75.55 | 1.001 | |||
| k₁ | 67.49 | 70.93 | 70.29 | ||
| k₂ | 66.85 | 65.28 | 68.33 | ||
| k₃ | 70.06 | 68.26 | 65.79 | ||
| R | 3.21 | 5.65 | 4.50 |
由表4可知,在m(中间体):m(木质素)为1.0:2.0,反应时间为6h,反应温度为72℃条件下制备的5#样品的黏度最大,说明其相对分子质量变化最大,改性效果最好,同时也是表面活性最好的。
2.2.2 样品的红外光谱分析
图2为木质素(a)及其季铵盐改性样品(b)红外光谱图。从图2可以看出,两谱图大部分吸收峰相同,如3600~3300cm⁻¹处出现的强而宽的吸收峰为醇羟基的吸收峰,1642cm⁻¹处出现芳环骨架振动特征吸收峰等。但木质素季铵盐的吸收峰还是发生了一些变化,如木质素在1229cm⁻¹存在酚羟基的特征吸收峰,而在木质素季铵盐中此峰消失。木质素季铵盐在2926cm⁻¹处的长链烷基C-H键伸缩振动吸收峰明显加强,1529cm⁻¹处出现的吸收峰为N-H变形振动吸收峰,在1456cm⁻¹处出现新的峰,是季铵盐中C-N伸缩振动的特征吸收峰,表明改性样品中接上了季铵离子。
3 结论
利用环氧氯丙烷与三甲胺盐酸盐在碱性条件下反应,生成环氧丙基三甲基氯化铵中间体,以此中间体与木质素反应,合成木质素季铵盐表面活性剂。
3.1 环氧丙基三甲基氯化铵中间体合成的正交实验结果表明,中间体合成的最佳工艺条件为:n(环氧氯丙烷):n(三甲胺)=1.0:1.2,反应时间3h,反应温度50℃。
3.2 木质素季铵盐表面活性剂合成的正交实验结果表明,m(中间体):m(木质素)对合成样品的表面张力的影响最大,其次为反应温度,最后是反应时间,其最佳工艺条件为:m(中间体):m(木质素)=1.0:2.0,反应时间6h,反应温度72℃。





