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C72-MPB氟醚磷酸膽堿表面活性劑表面張力、泡沫/潤濕性能測定(三)

來源:化學學報 瀏覽 524 次 發(fā)布時間:2025-01-14

2.4.2泡沫體積穩(wěn)定性(FVS)


采用泡沫體積穩(wěn)定性(FVS)參數(shù)對泡沫行為進行探究。FVS的計算公式如下:

其中Vt(foam)是某一時間的泡沫體積,Vf(foam)是發(fā)泡結(jié)束后的泡沫體積。


我們與文獻中結(jié)構(gòu)相似的三種碳氫鏈段磷酸酯甜菜堿進行了對比,它們的疏水鏈段分別為十二烷基、十四烷基和十六烷基,在質(zhì)量分數(shù)為0.25%時,三種化合物5 min時的FVS分別為98.1%,98.9%,99.4%。0.2%濃度下C72-MPB在5 min時的FVS為99.2%,表明了C72-MPB長脂肪鏈的磷酸膽堿的FVS效果相當。


在實驗過程中我們觀測到7500 s之前,1 g/L和2 g/L濃度下C72-MPB泡沫高度接近。1 g/L濃度的C72-MPB泡沫高度隨時間平穩(wěn)下降,而2 g/L濃度的C72-MPB泡沫高度隨時間驟降。測試結(jié)果顯示2 g/L濃度的C72-MPB泡沫的半衰期(tFVS 50%)為8215 s,而1 g/L濃度的C72-MPB泡沫的半衰期超過11770.1 s,遠大于2 g/L濃度。表明C72-MPB在1 g/L濃度下的泡沫穩(wěn)定性優(yōu)于2 g/L。


2.4.3泡沫綜合值F


泡沫綜合值F通過泡沫體積和半衰期來計算,公式如下:

通過測試得到1 g/L和2 g/L的C72-MPB的泡沫半衰期(見表4),計算出泡沫綜合值F分別為1.9×106 mL?s和1.4×106 mL?s(見表4),結(jié)果顯示1 g/L C72-MPB溶液的泡沫綜合性能更佳。


2.4.4泡沫液體穩(wěn)定性(FLS)測試


泡沫液體穩(wěn)定性(FLS)體現(xiàn)了泡沫維持液體和泡沫脫水的能力,計算公式如下:

其中,Vi(liq)是在氣體通過表面活性劑溶液生成泡沫前溶液的初始體積,Vf(liq)是氣體通過表面活性劑溶液生成泡沫后的體積,Vt(liq)是在一定的時間內(nèi)的溶液體積。FLS=75%時所需時間即tFLS75%,是指從泡沫形成開始到泡沫析出25%液體所需的時間,該值過小或者過大均會影響滅火效果:太小會導致泡沫迅速失水變成干泡,影響流動性能;太大則表明析水緩慢,導致油面溫度下降變慢。實驗結(jié)果顯示質(zhì)量分數(shù)為1 g/L和2 g/L的C72-MPB溶液的tFLS75%分別為40.1 s和45.3 s(見表4)。1 g/L和2 g/L濃度的C72-MPB的液體含量見圖4c。


2.4.5平均氣泡面積


平均氣泡面積(M?B?A?)顯示了表面活性劑水溶液中泡沫尺寸隨時間的變化趨勢。測試結(jié)果顯示,1 g/L和2 g/L濃度的C72-MPB溶液初始時的平均氣泡面積分別為15604μm2和10515μm2,在1 g/L濃度下10000 s時的平均氣泡面積為2.4×106μm2,相同時間時2 g/L濃度下C72-MPB溶液的平均氣泡面積為2.9×106μm2(見表4)。1 g/L和2 g/L濃度的C72-MPB的M?B?A?隨時間變化見圖4d,不同時間下的氣泡形態(tài)如圖5。

圖5(a)1 g/L C72-MPB和(b)2 g/L C72-MPB表面活性劑溶液從泡沫峰值高度后的不同時間的泡沫形態(tài)


2.5潤濕性研究


當液體放置在固體表面時,可以直接觀察到其靜態(tài)接觸角,當接觸角越小,其潤濕性越好。測試質(zhì)量分數(shù)為1 g/L濃度的C72-MPB和蒸餾水在PTFE表面上的接觸角,實驗結(jié)果分別為47°和124°,說明在PTFE上,1 g/L濃度下C72-MPB有較好的潤濕性。觀察C72-MPB液滴形態(tài)隨時間變化,如圖6所示。

圖61 g/L的C72-MPB水溶液在PTFE上不同時間的潤濕狀態(tài)


2.6等電點、熱重分析和差示掃描量熱


通過zeta電位法測試C72-MPB氟磷酸膽堿的等電點為pH=5.61(zeta電位為0時的pH值)。


我們分別使用差示掃描量熱儀(DSC)和熱重分析法(TGA)測定C72-MPB氟磷酸膽堿熱量和重量相關(guān)量隨溫度升高的變化(圖7和圖8)。

圖7 C72-MPB熱通量隨溫度的變化

圖8 C72-MPB重量百分比隨溫度的變化


TGA圖中可以看到樣品的失重主要集中在100℃以下和250℃到300℃,DSC圖中可以看出樣品的吸熱主要有三個區(qū)域,分別在100℃以下,140——170℃和260——300℃。結(jié)合TGA和DCS來看,在溫度100℃以下部分是少量溶劑及產(chǎn)物中的水蒸發(fā),溫度達到140℃時,DSC中有吸熱峰,但TGA曲線沒有變化,說明產(chǎn)物發(fā)生相變,從固體轉(zhuǎn)變?yōu)橐后w,直到250℃左右開始失重,最終仍有11.54%固體剩余證明一定存在分解現(xiàn)象并產(chǎn)生固體產(chǎn)物,結(jié)合DSC圖中有多個吸熱峰來看推測是產(chǎn)物有多步分解,也不排除存在部分的汽化失重的可能性。


3結(jié)論


本文設(shè)計合成了一種C72-MPB氟醚磷酸膽堿表面活性劑,測試了其在水溶液中的一系列表面活性性能、泡沫性能、潤濕性能、等電點、DSC和TGA等。實驗結(jié)果表明C72-MPB氟醚磷酸膽堿具有表面張力低、泡沫性能與潤濕性能好等一系列優(yōu)勢,為氟醚磷酸膽堿在生物醫(yī)藥領(lǐng)域和日化品領(lǐng)域的應(yīng)用提供理論基礎(chǔ)。


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