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3.3-3 松香基表面活性剂的合成
1 松香基阴离子表面活性剂
在松香原料预处理当中,我们把松香改性得到了比较稳定的歧化松香,歧化松香的分子结构当中呐,亲油性基团比较强,而羧酸的亲水性基团比较弱,如果我们增加分子中亲水基团提高亲水能力,那么就可以得到表面活性剂。
如何来提高它的亲水能力呢?有一个比较简单的办法,也就是把羧酸变成酸酸的盐,盐的溶解性比有机羧酸高很多。比如说钾盐,或者是钠盐,我们把它称为歧化松香钾皂或者歧化松香钠皂,这里的皂呢,类似于肥皂的意思,都是金属盐。
这便是第一类歧化松香基阴离子型表面活性剂。
歧化松香钾盐的HLB值约等于19,亲水能力非常强;它可以作为肥皂的增泡剂,润湿剂,防腐剂,特别是作为合成橡胶的乳化剂。在作为橡胶乳化剂中使用时,松香酸中的双键可以使丁二烯和苯乙烯的聚合速度显著的减慢,能起到一个阻聚的作用。
但松香皂具有明显的缺点,第一,碱性比较强,pH值在9到10左右。第二,它在酸性的溶液中会转变成松香树脂酸,溶解性降低而会失去表面活性;第三,以它来作为洗涤来用的时候,对织物的纤维产生不良的影响,对人体也会有刺激。
所以针对皂盐出现的缺点呢,美国又合成了松香磺酸盐类的表面活性剂,那我们来看一下松香磺酸盐的合成方程式。歧化松香主成分为去氢枞酸,我们以它作为原料分子式。
图1 阴离子表面活性剂合成路线
反应如图1所示,将松香酸的羧酸进行改性,先经过酰氯化改性,再跟磺酸类的醇发生酯化反应,来得到松香酸酯的磺酸盐。这类磺酸盐具有比较好的分散和乳化能力,他的pH值影响也比较小,可作为脱墨剂的一个主要的成分;
但是呢,这类化合物,并没有特别突出的优势。
所以呢,1944年,人们便合成了松香基阳离子型表面活性剂,此后,便出现了大量的季铵盐类松香基表面活性剂,比如,图中这个反应式,以环氧氯丙烷来引入季铵盐类的化合物,图中所列的这个季铵盐化合物呢,在CMC值下,表面张力会小于40毫牛每米,而且具有优异的钙离子稳定性。
2 松香基阳离子表面活性剂
我们在讲解制备歧化松香胺时,提到,是为了给松香中提供氮元素,以利于得到阳离子型的表面活性剂,那么歧化松香胺如何转化为阳离子型表面活性剂呢?有机胺的亲水性同松香酸有机酸的亲水性类似,也不强,那么,同样,把它转化为盐,可大幅度提高亲水性,也就是歧化松香胺在酸的作用下,例如盐酸的作用下,转变成盐,它就是一种比较好的阳离子表面活性剂。
1944 年合成RCOOCH2N(CH3)3Cl 开始,如图2。人们合成出多种松香基阳离子表面活性剂,尤其是松香基季铵盐表面活性剂。
图2 阳离子表面活性剂合成路线
3 功能性松香基表面活性剂
图3 光响应性松香基表活性剂
Langmuir , 2017 , 33 (32) :acs.langmuir.7b00934
另外,近年来,又出现了非常多的其他类型的功能性松香基表面活性剂,例如,langmuir,2017年的文章,如图3,以去氢枞酸为原料,得到的最终目标产物为含氮氮双键的松香酯偶氮的钠盐,也是一种表面活性剂。偶氮可以在紫外光的作用下,发生氮氮双键空间的反式和顺式结构的转化。导致目标产物在溶液中产生不同的表面性能,我们来看表面张力图,可以看到,紫外照射前后,表面张力r与log c图具有明显的变化,这是目标产物对紫外光明显的响应性,也就是得到了去氢枞基光智能响应性功能表面活性剂。
图4 文献可分解型松香基表活性剂
(松香基可分解型表面活性剂的合成及性能,精细化工,2018,35(6):964-969)
图5 文献松香基磷酸酯表活性剂及应用
Ceramics International,2018,44(17):20913-20920
又例如,2018年精细化工,发表了一篇松香基可分解型的磷酸酯表面活性剂,这类表面活性剂可以在酸性条件下,使磷酸酯基团发生水解的分解作用。松香基磷酸酯表面活性剂水解之后呢,可以产生磷酸根,那么这个磷酸根可以作为无机材料的原料,比如说羟基磷灰石的一个磷源的原料;也就是松香基磷酸酯表面活性水解产生的磷酸根,原位与钙离子反应来得到羟基磷灰石;由于有机物水解速度慢,可以控制羟基磷灰石材料生成非常规则的形貌。相关的研究发表在2018年的ceramics international期刊上,如图5,松香基的表面活性剂在溶液中形成了圆形胶束,作为模板作用,制备出了毛刺状和玫瑰花状的中空羟基磷灰石,同时在这个羟基磷灰石材料上,还含有松香的官能团,这个官能团可以使得到的羟基磷灰石功能材料具有更好的一个载药效果,就是载抗癌药物阿霉素DOX,去氢枞酸与DOX分子间具有ππ电子配位作用,可以大幅度增加DOX载药量,同时也有比较好的一个pH靶向释放效果,靶向释放率可达到接近50%。功能性的可分解、智能响应的松香基表面活性剂是目前比较新的研究成果,同时还被用在无机纳米功能材料开发上。
参考文献(平台已上传pdf)
Langmuir , 2017 , 33 (32) :acs.langmuir.7b00934
松香基可分解型表面活性剂的合成及性能,精细化工,2018,35(6):964-969
Ceramics International,2018,44(17):20913-20920
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--第九章其它精细化学品笔记
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