CN111545086A - 一种可逆开关型泡沫体系及其制备方法 - Google Patents

一种可逆开关型泡沫体系及其制备方法 Download PDF

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F23/00—Mixing according to the phases to be mixed, e.g. dispersing or emulsifying
    • B01F23/20—Mixing gases with liquids

Abstract

本发明提供了一种可逆开关型泡沫体系及其制备方法，可逆开关型泡沫体系，包括以下重量百分比组分：氧化胺类表面活性剂0.1～0.2％、氨基酸类表面活性剂0.1～0.2％，余量为水。本发明还提供了上述可逆开关型泡沫体系的制备方法。本发明通过利用氧化胺类表面活性剂和氨基酸类表面活性剂复配，并基于静电作用，构筑了具有良好二氧化碳刺激灵敏性和较强溶液聚集能力的开关型泡沫体系，有效解决了现有技术中响应速度慢和开关可逆性不强等问题。

Description

一种可逆开关型泡沫体系及其制备方法
技术领域
本发明属于泡沫体系技术领域，具体涉及一种可逆开关型泡沫体系及其制备方法。
背景技术
在胶体中，泡沫是一种以气相作为分散相分布于液体连续相中所形成的分散体系。大多数泡沫的形成是由于具有表面活性的物质(如表面活性剂)的存在，表面活性剂因其两亲特性，能在界面上吸附。表面活性剂用于降低表面张力，从纯液相状态(表面积最小)转变为高表面积的泡沫形态，并起到稳定液膜、防止破裂的作用。作为一种广泛应用的分散体系，泡沫在一些工业应用中，例如材料回收、药物控释、化妆品、原油开采等领域，需要在一定时间段内保持高稳定性，而后续阶段则需要进行消泡处理。为了达到快速消泡的目的，常采用消泡剂(可溶或不溶的极性有机物)促进泡沫破灭；但添加消泡剂后，不仅难以有效地调控泡沫性质，而且也污染了泡沫体系。且现有的多数开关型泡沫体系响应性速度慢、开关可逆性不强，不便于使用。因此，立足表面活性剂分子结构，寻求一种灵敏的泡沫性质可逆开关的泡沫体系，对泡沫流体的循环高效利用具有重要的意义。
发明内容
针对现有技术中存在的上述问题，本发明提供一种可逆开关型泡沫体系及其制备方法，通过利用氧化胺类表面活性剂和氨基酸类表面活性剂复配，并基于静电作用，构筑了具有良好二氧化碳刺激灵敏性和较强溶液聚集能力的开关型泡沫体系，有效解决了现有技术中响应速度慢和开关可逆性不强等问题。
为实现上述目的，本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种可逆开关型泡沫体系，包括以下重量百分比组分：氧化胺类表面活性剂0.1～0.2％、氨基酸类表面活性剂0.1～0.2％，余量为水。
进一步，可逆开关型泡沫体系，包括以下重量百分比组分：氧化胺类表面活性剂0.1％、氨基酸类表面活性剂0.1％，余量为水。
进一步，氧化胺类表面活性剂为N-氧化-n-十四烷基-N，N-二甲胺，其结构式为：
Figure BDA0002511385150000021
进一步，氨基酸类表面活性剂为十二酰-N-甲基甘氨酸钠，其结构式为：
Figure BDA0002511385150000022
上述可逆开关型泡沫体系的制备方法，包括以下步骤：
(1)将氧化胺类表面活性剂和氨基酸类表面活性剂加入水中，然后在常温常压下鼓入二氧化碳至饱和，密封，在1500～2500rpm条件下振荡4～6min形成泡沫；
(2)待步骤(1)所得泡沫消泡后，向液相中鼓入氮气至二氧化碳完全排出，然后在1500～2500rpm条件下振荡4～6min再次形成泡沫，得可逆开关型泡沫体系。
进一步，步骤(1)～(2)中，均在在2000rpm条件下振荡5min形成泡沫。
进一步，重复步骤(1)～(2)，可以循环通入和排出二氧化碳。
综上所述，本发明具备以下优点：
1、本发明以二氧化碳为刺激源，通过利用氧化胺类表面活性剂和氨基酸类表面活性剂复配，并基于静电作用，构筑了具有良好二氧化碳刺激灵敏性和较强溶液聚集能力的开关型泡沫体系，有效解决了响应速度慢和开关可逆性不强等问题，可用于材料回收和化妆品等领域，便于推广使用。
2、氧化胺类表面活性剂在中性条件下表现为非离子特性，在酸性条件下表现为弱阳离子特性。当二氧化碳溶于水后形成的碳酸与氧化胺类表面活性剂中的含氮官能团，通过共轭作用直接生成阳离子型表面活性剂(即质子化过程)，并且在一定条件下排出二氧化碳后表面活性剂又回到其初始状态。在通入二氧化碳前，表面活性剂分子都能吸附在空气-水界面上，可以形成稳定的泡沫；通入二氧化碳后，氧化胺类表面活性剂被质子化后形成阳离子型表面活性剂，可与氨基酸类表面活性剂形成较强的静电作用力，使得大部分表面活性剂分子在引入二氧化碳后都聚集在水相中，无法稳定泡沫膜，导致泡沫迅速破灭。
3、采用了氧化胺表面活性剂与酰胺基表面活性剂作为泡沫体系配方，该体系具有低成本、低毒性且易生物降解等优势；该泡沫体系是一种二氧化碳气体开关型泡沫体系，经二氧化碳刺激后消泡，排除二氧化碳后形成高稳泡沫，该泡沫性质可多次循环转变；所采用的制备工艺流程简单，可实现大型规模生产。
附图说明
图1为实施例1泡沫体系的起泡体积随二氧化碳通入/排出次数的变化；
图2为实施例1泡沫体系的半衰期随二氧化碳通入/排出次数的变化；
图3为泡沫随二氧化碳通入/排出的变化情况。
具体实施方式
实施例1
一种可逆开关型泡沫体系，包括以下重量百分比组分：N-氧化-n-十四烷基-N，N-二甲胺0.1％、十二酰-N-甲基甘氨酸钠0.1％，余量为水。
上述可逆开关型泡沫体系的制备方法，包括以下步骤：
(1)将N-氧化-n-十四烷基-N，N-二甲胺和十二酰-N-甲基甘氨酸钠加入水中，然后在常温常压下鼓入二氧化碳至饱和，密封，在2000rpm条件下振荡5min形成泡沫；
(2)待步骤(1)所得泡沫消泡后，向液相中鼓入氮气至二氧化碳完全排出，然后在2000rpm条件下振荡5min再次形成泡沫，得可逆开关型泡沫体系。
实施例2
一种可逆开关型泡沫体系，包括以下重量百分比组分：N-氧化-n-十四烷基-N，N-二甲胺0.15％、十二酰-N-甲基甘氨酸钠0.15％，余量为水。
上述可逆开关型泡沫体系的制备方法，包括以下步骤：
(1)将N-氧化-n-十四烷基-N，N-二甲胺和十二酰-N-甲基甘氨酸钠加入水中，然后在常温常压下鼓入二氧化碳至饱和，密封，在1500rpm条件下振荡4min形成泡沫；
(2)待步骤(1)所得泡沫消泡后，向液相中鼓入氮气至二氧化碳完全排出，然后在1500rpm条件下振荡4min再次形成泡沫，得可逆开关型泡沫体系。
实施例3
一种可逆开关型泡沫体系，包括以下重量百分比组分：N-氧化-n-十四烷基-N，N-二甲胺0.18％、十二酰-N-甲基甘氨酸钠0.18％，余量为水。
上述可逆开关型泡沫体系的制备方法，包括以下步骤：
(1)将N-氧化-n-十四烷基-N，N-二甲胺和十二酰-N-甲基甘氨酸钠加入水中，然后在常温常压下鼓入二氧化碳至饱和，密封，在2300rpm条件下振荡5min形成泡沫；
(2)待步骤(1)所得泡沫消泡后，向液相中鼓入氮气至二氧化碳完全排出，然后在2300rpm条件下振荡5min再次形成泡沫，得可逆开关型泡沫体系。
实施例4
一种可逆开关型泡沫体系，包括以下重量百分比组分：N-氧化-n-十四烷基-N，N-二甲胺0.2％、十二酰-N-甲基甘氨酸钠0.2％，余量为水。
上述可逆开关型泡沫体系的制备方法，包括以下步骤：
(1)将N-氧化-n-十四烷基-N，N-二甲胺和十二酰-N-甲基甘氨酸钠加入水中，然后在常温常压下鼓入二氧化碳至饱和，密封，在2500rpm条件下振荡6min形成泡沫；
(2)待步骤(1)所得泡沫消泡后，向液相中鼓入氮气至二氧化碳完全排出，然后在2500rpm条件下振荡6min再次形成泡沫，得可逆开关型泡沫体系。
对比例1
对比例1和实施例1的不同之处在于，对比例1中缺少氨基酸类表面活性剂为十二酰-N-甲基甘氨酸钠。
对比例2
对比例2和实施例1的不同之处在于，对比例2中缺少氧化胺类表面活性剂为N-氧化-n-十四烷基-N，N-二甲胺。
将实施例1所得可逆开关型泡沫体系多次循环通入和排出二氧化碳，每次测定其起泡体积和半衰期，其结果分别见图1～2，泡沫变化情况见图3；并分别测定对比例1～2泡沫体系的起泡体积和半衰期，其结果见表1。
表1对比例1～2泡沫体系的起泡体积和半衰期
Figure BDA0002511385150000051
由上可知，单一的N-氧化-n-十四烷基-N，N-二甲胺或者十二酰-N-甲基甘氨酸钠能够在氮气/二氧化碳中具有一定的起泡性和稳定性，而将N-氧化-n-十四烷基-N，N-二甲胺和十二酰-N-甲基甘氨酸钠复配后，可形成具有氮气/二氧化碳可逆开关型泡沫体系，并且该可逆开关型泡沫体系在二氧化碳环境中不能形成泡沫、排出二氧化碳后可形成高质量、高稳定性的泡沫。此外，该可逆开关型泡沫体系在通入和排出二氧化碳气体累积8次后，其起始泡沫量和泡沫稳定性有少许降低。
虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了详细地描述，但不应理解为对本专利的保护范围的限定。在权利要求书所描述的范围内，本领域技术人员不经创造性劳动即可作出的各种修改和变形仍属本专利的保护范围。

Claims (7)

1.一种可逆开关型泡沫体系，其特征在于，包括以下重量百分比组分：氧化胺类表面活性剂0.1～0.2％、氨基酸类表面活性剂0.1～0.2％，余量为水。
2.如权利要求1所述的可逆开关型泡沫体系，其特征在于，包括以下重量百分比组分：氧化胺类表面活性剂0.1％、氨基酸类表面活性剂0.1％，余量为水。
3.如权利要求1或2所述的可逆开关型泡沫体系，其特征在于，所述氧化胺类表面活性剂为N-氧化-n-十四烷基-N，N-二甲胺，其结构式为：
Figure FDA0002511385140000011
4.如权利要求1所述的可逆开关型泡沫体系，其特征在于，所述氨基酸类表面活性剂为十二酰-N-甲基甘氨酸钠，其结构式为：
Figure FDA0002511385140000012
5.如权利要求1～4任一项所述的可逆开关型泡沫体系的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将氧化胺类表面活性剂和氨基酸类表面活性剂加入水中，然后在常温常压下鼓入二氧化碳至饱和，密封，在1500～2500rpm条件下振荡4～6min形成泡沫；
(2)待步骤(1)所得泡沫消泡后，向液相中鼓入氮气至二氧化碳完全排出，然后在1500～2500rpm条件下振荡4～6min再次形成泡沫，得可逆开关型泡沫体系。
6.如权利要求5所述的可逆开关型泡沫体系的制备方法，其特征在于，步骤(1)～(2)中，均在在2000rpm条件下振荡5min形成泡沫。
7.如权利要求5所述的可逆开关型泡沫体系的制备方法，其特征在于，重复步骤(1)～(2)，可以循环通入和排出二氧化碳。
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