新型酯基咪唑类Gemini表面活性剂的合成与性能

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阳离子型Gemini表面活性剂由于联接基团的作用较单子表面活性剂具有很多优异的表面性能,在日常生活与工业生产中应用越来越多。由于阳离子Gemini表面活性剂中的氧原子、氮原子等杂原子含有孤对电子,与铁金属表面的d轨道形成配位键,从而在金属表面形成一层保护膜,对金属具有较好的缓蚀效果。本论文合成一类新型的含酯基的咪唑盐类阳离子Gemini表面活性剂,研究其表面活性并考察新型表面活性剂对Q235碳钢的缓蚀效果。主要工作内容和实验结果如下:  分别以十二酸、十四酸、十六酸和二溴新戊二醇及N-甲基咪唑为主要原料通过酯化和季铵化两步反应合成出三种新型的酯基咪唑类阳离子型Gemini表面活性剂(EminC12、EminC14、EminC16),并通过IR、1HNMR、元素分析等方法对合成的三种物质进行结构表征,实际结果与预测结构一致。  分别采用电导率法、吊环法测定其临界胶束浓度cmc和表面张力γcmc,结果表明新的双子表面活性剂具有非常低的临界胶束浓度和高表面活性:表面张力γcmc介于35~49mN·m-1之间,变化规律为EminC12<EminC14<EminC16,临界胶束浓度cmc为1×10-5mol·L-1~1×10-4 mol·L-1之间,变化规律为EminC12>EminC14>EminC16;采用电导率法研究了温度对临界胶束浓度的影响,结果表明:随着温度升高,EminC12、EminC14、EminC16临界胶束浓度略有增大。由TGA/DSC测试结果可知,新型酯基咪唑类阳离子Gemini表面活性剂在260℃左右才分解,表现出较佳的热稳定性。根据“搅动法”测得的泡沫稳定性结果可见,EminC12、EminC14和EminC16具有极好的泡沫稳定性。  通过静态失重法和极化曲线法测定了EminC12、EminC14、EminC16对Q235碳钢的缓蚀效率,分别研究了Q235碳钢在不同时间、不同浓度、不同温度时的缓蚀效果。结果表明:静态挂片9h后Q235碳钢片上已经达到饱和吸附,缓蚀效率随着时间的延长变化不大;当浓度增大时,缓蚀效率均增大;同一Gemini表面活性剂的缓蚀效率随着温度的变化规律与△Gm0随温度变化规律相同,标准吉布斯自由能变越负越利于形成胶束,对应的缓蚀效率则越高;由极化曲线法测得的缓蚀效率较静态挂片法得到的缓蚀效率低;通过极化曲线可以判断出,合成的三种新型含酯基咪唑盐类阳离子Gemini表面活性剂可以同时抑制阳极的溶解氧反应和阴极的析氢反应,属于混合型缓蚀剂,但是对阴极析氢反应的抑制作用大于对阳极溶解反应的抑制,因此,属于以抑制阴极反应为主的混合型缓蚀剂。
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