摘要
在传统表面活性剂的疏水烷基链与亲水头基之间嵌入一段中等极性聚氧丙烯（PPO）连接基形成了 extended 表面活性剂（e-表面活性剂），PPO 连接基的双相亲和性赋予该新型表面活性剂独特的橄榄球状结构，进而产生良好的表界面化学性质以及增溶、乳化、润湿和去污等优异的应用性能。然而，这些良好的性质和优异的性能均为系列单分布 e-表面活性剂按一定分布性 PPO连接基组成混合表面活性剂的综合体现，其中单分布 e-表面活性剂的性质尚未知。E-表面活性剂的 PPO连接基同时具有亲油性和弱亲水性，醚键上的氧原子与水分子间的氢键是其弱亲水性的本源，该化学键的强度与环境的温度负相关；羧酸盐的解离度随着温度升高而增大，因此羧酸型表面活性剂的溶解性与环境温度正相关；加之氢键的强度受反离子和盐度的影响，羧酸盐的溶解性还受pH影响。因此用长链烷基疏水基、PPO连接基和羧酸亲水基构筑的脂肪醇聚氧丙烯醚羧酸盐是否具有温度驱动的独特溶解行为尚未知，该 e-表面活性剂的溶解行为受反离子的类型以及环境pH和盐度影响的程度也未知。 本文先以威廉姆森缩合反应和羧甲基化反应合成了系列单分布脂肪醇聚氧丙烯醚乙酸（CcPpC）盐，探索 CcPpC 盐是否同时具有典型离子型表面活性剂克拉夫特点（Tk）以及典型非离子表面活性剂浊点（Tc）性质，研究CcPpC盐的表界面化学性质，考察疏水烷基、连接基、反离子、pH 和盐浓度对其性质的影响，并与宽分布脂肪醇聚氧丙烯醚乙酸（CcPp?C）盐比较。探索同时具有 Tk和 Tc的 CcPpC盐与CcPp?C盐在模拟智能窗和乳状液制备中的应用，研究CcPpC盐独特的温敏增稠性质。在本文研究范围内得出如下主要结果和结论： （1）以1-溴代正构烷烃与丙二醇、一缩二丙二醇或二缩三丙二醇的威廉姆森缩合反应，以及后继与氯乙酸钠的羧甲基化反应合成含不同烷基、不同 PPO连接基的 9种具有单分布特征的CcPpC（ c=12，14，16，18或22；p=1，2或3）；以脂肪醇与环氧丙烷的碱催化烷氧基化反应，以及后继的羧甲基化反应合成含不同烷基和不同 PPO 的6种具有宽分布特征的CcPp?C（c=12，14，16或18；p?=3，6或9）；以脂肪醇和氯乙酸钠的羧甲基化反应合成了 2-十二烷氧基乙酸（C12P0C）和 2-十八烷氧基乙酸（C18P0C），经FT IR、ESI-MS及 1H NMR等方法证实所合成化合物的结构。用不同的碱中和CcPpC（ c=12，14，16，18或22；p=0，1，2或3）和CcPp?C（c=12，14， 16或18；p?=3，6或9）获得用于研究羧酸盐型e-表面活性剂性质和性能的分子库。 （2） 首次观察到离子型表面活性剂同时具有 Tk和 Tc特性。以恰到好处的疏水烷基、PPO连接基和羧酸盐亲水基巧妙构筑了同时具有Tk和Tc的羧酸盐型e-表面活性剂C22P3C-Na，其Tk和Tc分别为82℃与98℃。在盐驱动下通过调节反离子、pH研究了来源更丰富的C12-C18的羧酸盐型e-表面活性剂的Tk和Tc。探索了同时具有Tk和Tc特性的 C18P3C-Na在温敏智能窗中的应用，实现变温下单一表面活性剂体系屏蔽-透过-屏蔽的刺激响应，表明羧酸盐型 e-表面活性剂有望应用于智能响应材料领域。探索了C18P3?C-Na在乳状液制备中的应用，先利用其Tc性质衍生的相转变温度法制备粒径小和分布窄的乳状液，再利用其 Tk性质衍生的黏稠性水化胶束稳定乳状液，实现应用羧酸盐型e-表面活性剂制备粒径小、分布窄和稳定性佳的乳状液。 （3） 首次观察到羧酸的碱金属盐表面活性剂溶液具有温敏增黏现象。在 Tk和 Tc之间，1 wt.% C18PpC-Na（ p = 1，2或 3）的 NaCl水溶液表现出黏稠液体性质，其中C18P3C-Na的黏性模量（G ''''）与弹性模量（G ''）符合 Maxwell模型表明体系出现蠕虫胶束。在 40~60℃范围内，C18P3C-Na的 Cole-Cole曲线半径随温度升高不断增加，表明体系整体黏度随温度升高而增加。在2 wt.%~5 wt.%NaCl范围内，1 wt.%C18P3C-Na溶液的黏度随NaCl浓度升高而先上升后下降，其中在3 wt.% NaCl下的黏度最高，且均表现出蠕虫胶束性质。在pH 8-12范围内，1 wt.% C18P3C-Na的黏度随pH升高逐渐下降，且均表现为蠕虫胶束性质。C18P3C-Li和C18P3C-K同样也表现出蠕虫状胶束性质，两者的总体黏度不及C18P3C-Na。综上所述，C18P3C的碱金属盐溶液表现出温度、pH、盐和反离子等多重刺激响应型蠕虫胶束，因而羧酸盐型 e-表面活性剂有望应用于多重刺激响应性智能材料领域。 （4） 羧酸盐型 e-表面活性剂分子中的 PPO 链段在降低表面张力的作用上并不是单一的，随着PO加成数的增加其降低表面张力的效能呈现出先增大后降低的趋势；与硫酸盐型 e-表面活性剂不同，羧酸盐型 e-表面活性剂在盐驱动下分子吸附面积无明显变化，橄榄球形状依然显著，可用于高盐油藏驱油体系；C12P3?C-Na的 5倍 CMC时胶束聚集数Nm为8远低于C12E3?C-Na的Nm 22，且随烷基链增长，CcP3?C-Na表面活性剂的Nm减小；羧酸盐型e-表面活性剂的泡沫性能、乳化力、润湿性与去污力均优于月桂酸钠和硬脂酸钠，因此可以考虑代替脂肪酸皂应用于家用洗涤剂和个人洗护用品。
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