摘要
支链表面活性剂因其出色的降低表/界面张力能力和优异的润湿、乳化性能，在生产和生活的多个领域得到了广泛应用。然而，Guerbet 醇作为典型的支链表面活性剂疏水原料，制备过程复杂，副产物众多且目标产物产率低，极大地限制其规模化的生产和应用。拓展更多种类的支链疏水原料及相应的合成路线成为解决此问题的关键途径之一。 我国煤炭资源丰富，开发煤化工技术和高附加值的煤基精细化学品有助于提升煤炭的利用效率。因此，课题组在寻找新型支链疏水原料时，聚焦于煤化工产品，在发现煤基费托合成产物 α-烯烃和同碳数烷烃分离的难题后，创新性地提出了反应—分离—应用的一体化工艺，以 α-烯烃二聚体为原料，开发了一系列新型支链磺酸盐型表面活性剂。然而，在与之对应的非离子型活性剂的研究中，仍存在许多有待解决的实际问题。 在非离子表面活性剂的合成过程中，α-烯烃二聚体无法直接与亲水片段连接，因此，亲疏水“连接键”的构建成为影响表面活性剂结构与性能的关键因素。鉴于此，本文选用温和条件下 Co2(CO)8催化的氢甲酰化串联加氢工艺，为 α-烯烃二聚体构筑羟基，并通过乙氧基化反应为其添加亲水片段，进而合成了一系列具有不同亲疏水链长的新型支链醇聚氧乙烯醚。而后对合成的表面活性剂产品进行了基础性能测试和应用性能研究。主要研究内容和结论包括： （1）以 α-烯烃二聚体（1-己烯二聚体—C6 olefin dimer, 1-辛烯二聚体—C8 olefin dimer）为原料，通过氢甲酰化串联加氢工艺，制备支链醇（C6/C8 BA），并对产物进行了组成和结构分析。在催化剂筛选过程中，发现未改性 Co2(CO)8在温和条件下具有催化支链烯烃氢甲酰化的能力。通过多因素单变量试验，确定了以 1-己烯二聚体为底物的适宜工艺参数：底物的加入量为 4 mmol，催化剂 Co2(CO)8的用量为 0.04 mmol，溶剂为 8 mL的苯甲醚，反应温度为 140℃，合成气压力为 4 MPa（CO和 H2的摩尔比为 1∶1），反应时间为 24 h。此外，还证明该条件也适用于 1-庚烯二聚体和 1-辛烯二聚体，转化率均超过 99 %。 （2）以制备的支链醇（C6/C8 BA）为原料，通过 KOH 催化的乙氧基化反应，合成了一系列的新型支链醇聚氧乙烯醚（C6/C8 BAEn），并利用 FT-IR和 1H NMR等技术，对其结构进行了表征。对 C6 BAE3、C6 BAE6、C6 BAE9、C8 BAE9四种新合成样品的表面活性剂进行性能测试，结果表明，该系列表面活性剂具有低 CMC 值（28.56 ~ 69.10 μM）、低 γCMC值（26.93 ~ 28.99 mN·m-1）的基础性质，易于形成胶束，但动态效率（10 ms 时动态表面张力）一般，发泡能力及泡沫稳定性适中，但润湿和乳化性能优异。特别是 C6 BAE9，综合性能突出，且水溶性较好。 （3）将综合性能优异的 C6 BAE9与直链脂肪醇聚氧乙烯醚 C12 AEO9、Guerbet醇聚氧乙烯醚 C12 GAEO9和异构十三醇聚氧乙烯醚 C13 BAEO9进行对比，系统研究了四类脂肪醇聚氧乙烯醚的构效关系和应用性能。构效关系研究表明，支化的疏水结构可能会影响胶束化过程，导致CMC增大、γCMC减小，但动态迁移效率、润湿和乳化性能均显著提升。总的来看，合成的 C6 BAE9 在润湿、乳化等性能方面与支链醇聚氧乙烯醚（例如 C12 GAEO9和 C13 BAEO9）表现相近，而在泡沫性能方面则更倾向于直链醇聚氧乙烯醚（C12 AEO9）。因此，C6 BAE9可被视为一种兼具直链与支链特性的新型脂肪醇聚氧乙烯醚产品，其在性能上呈现出独特的平衡性。此外，四组脂肪醇聚氧乙烯醚样品均展现出良好的复配稳定性，且在硬表面清洗实验中表现优异。针对 C6 BAE9的拓展性清洗试验显示，其具有较高的材料和环境温度适应性，具有一定的应用前景。
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