[發明專利]一種香豆素基光-CO2/N2雙重刺激響應型表面活性劑及其制備方法

在審

• 申請號: 201510740273.4
• 申請日: 2015-11-04
• 公開（公告）號: CN105597617A
• 公開（公告）日: 2016-05-25
• 發明（設計）人: 蔣建中;鄭饒君;馬宇萱
• 申請（專利權）人: 江南大學
• 主分類號: B01F17/32
• 分類號: B01F17/32;B01F17/16;C07D311/16
• 代理公司: 暫無信息
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技術領域

本發明涉及一種香豆素基光-CO₂/N₂雙重刺激響應型表面活性劑，屬于膠體與界面化學技術領域。

背景技術

表面活性劑素有“工業味精”的美稱，許多工業過程，例如原油回收、土壤修復、乳液聚合、食品加工、藥物制備等，都需要使用表面活性劑穩定的體系，表面活性劑在這些體系中被用于增溶疏水有機物、穩定氣-液或液-液界面等，但在大多數情況下，它只在某一階段起作用，過程結束后，往往分離困難。

刺激響應型表面活性劑，就是通過一定的方法，引發水溶液中表面活性劑分子結構的變化，從而使相應的表面張力出現大幅度的改變，相應地，體系的某些宏觀表面性質出現轉變。通俗地說，就是人們可根據自己的需要來調節使其具有或者不具有表面活性功能。這種改變是可逆的，可以調控的。

表面活性劑分子及其聚集體的結構、性質和功能的調控是當前研究的熱點之一。傳統的調控方法一般是通過改變溫度或者添加化學劑如酸、堿、鹽以及助表面活性劑等，后者不可避免地增加了化學物質的排放和污染，并且難以實現可逆調控和表面活性劑的簡便分離。

發明內容

本發明設計、合成一系列在分子結構中同時含有CO₂/N₂響應基團(叔胺)和光響應基團(香豆素)的新型光-CO₂/N₂雙重響應型表面活性劑。利用CO₂/N₂開關對表面活性劑的表面活性進行一級調控，利用光響應基團對疏水基進行二級調控，從而實現對表面活性劑分子的雙重調控。進而研究該表面活性劑在界面和溶液中的自組織體和與另一個表面活性劑的混合自組織體的形成、結構和行為的雙重響應特性。

本發明的技術方案為：一種光-CO₂/N₂雙重刺激響應型表面活性劑，是由香豆素基和叔胺基經二溴烷烴有機橋接得到，其中表面活性劑的有效成分為香豆素基叔胺碳酸氫鹽，結構式如下：

其中R₁＝C₆-C₁₈直鏈或支鏈烷基。

如附圖1所示，該表面活性劑溶液通入N₂后，碳酸氫鹽分解，體系電導率隨之降；當溶液通入CO₂后，表面活性劑CO₂反應結合形成碳酸氫鹽陽離子表面活性劑，電導率急劇上升，重復此過程可以證明該表面活性劑具有CO₂/N₂開關性。

如附圖2所示，該表面活性劑溶液在300nm紫外光照射下發生二聚，形成二聚體，如附圖3所示，用紫外分光光度計分析表面活性劑在紫外光照后的吸收波長變化，2mmol/L濃度下，受到紫外光照射時，表面活性劑在320nm處的吸收峰逐漸下降，且在100min后降至最低.此時達到一種光平衡狀態平衡，以上表明該表面活性劑具有光刺激響應性。

配制濃度為2mmol/L的表面活性劑碳酸氫鹽水溶液，在紫外光下照射至光平衡，再稀釋至一系列濃度，測其光照后的表面張力，并與光照前的表面活性劑水溶液的表面張力作對比，其結果如圖4與表1所示，該表面活性劑光照前后cmc接近，但光照后γ_cmc上升，且光照后的表面張力曲線有兩個拐點，分別在c＝2.95×10^-5和c＝2.90×10^-4，這是Bola型表面活性劑的特征表面張力曲線，即為第一cmc和第二cmc。

表1表面活性劑光照前后各項參數

該表面活性劑是以二溴烷烴、7-羥基香豆素為原料，經O烷基化、氨化、通入二氧化碳后得到一種香豆素基碳酸氫鹽表面活性劑，反應方程式如圖5，具體合成步驟如下：

(1)O-烷基化：7-羥基香豆素與摩爾比為1～4的二溴烷烴溶解在丙酮或乙醇中，加入摩爾比為1～3的碳酸鉀，在50～70℃反應1～20小時，將產物抽濾，真空干燥，得到O-烷基化產物，其中二溴烷烴為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；