CN113117594B - 一种松香基表面活性剂与二氧化硅纳米颗粒复合稳定剂及应用 - Google Patents

一种松香基表面活性剂与二氧化硅纳米颗粒复合稳定剂及应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种松香基表面活性剂与二氧化硅纳米颗粒复合稳定剂及应用，属于表面活性剂科学和性能研究技术领域。本发明利用式(1)所得结构的松香基表面活性剂与二氧化硅纳米颗粒复配，加入到油水体系中，获得乳液和泡沫。所得复合乳液或者泡沫的稳定性较好，对于松香在表面活性剂领域的应用有着重要价值，在催化、电子信息、生物等高新技术领域具有一定的应用前景。
Figure DDA0003085421790000011

Description

一种松香基表面活性剂与二氧化硅纳米颗粒复合稳定剂及 应用
技术领域
本发明涉及一种松香基表面活性剂与二氧化硅纳米颗粒复合稳定剂及应用，属于表面活性剂科学和性能研究技术领域。
背景技术
表面活性剂是一类少量添加即可以显著降低水溶液表面张力的物质。表面活性剂的分子结构内同时含有疏水基团和亲水基团，即可以吸附到气液、液液或固液界面，也可以在溶液中聚集形成新颖结构的组装体。随着社会的发展及科技水平的提高，表面活性剂在人们的日常生活及工业生产中的应用日趋频繁和广泛，是一种重要的精细化学品。然而，随着人们环保意识的增强，大量从石油化学品衍生的表面活性剂的使用引起了人们的忧虑，这类表面活性剂存在生物降解性差、降解产物具有潜在的致癌性等问题。因此，选择合适的天然产物为原料，来制备天然产物基绿色表面活性剂，对于缓解环境危机以及拓展表面活性剂的应用范围具有重要价值和意义。松香是我国的特色林业资源。以松香树脂酸为原料，通过合理的分子结构设计，来制备松香基小分子水凝胶剂。考察二氧化硅纳米颗粒添加剂对小分子水凝胶性能的影响，掌握松香基小分子水凝胶剂与二氧化硅纳米颗粒的相互作用机理及影响机制，深入了解松香基小分子水凝胶体系的独特性能，为天然产物松香在新技术领域的应用奠定理论基础。
发明内容
本发明通过一定的实验探究，提供了一种松香基表面活性剂与二氧化硅纳米颗粒混合体系，并提供了一种松香基表面活性剂与二氧化硅纳米颗粒制备乳液和泡沫的方法及这两种混合体系的基本性能。本发明首次将松香基表面活性剂与二氧化硅纳米颗粒复配，通过一种简便的方法，形成了表面活性剂与纳米颗粒混合乳液体系和泡沫体系，可以促进松香在表面活性剂领域的应用。
为实现上述目的，本发明采用如下实验方案：
本发明的第一个目的是提供一种表面活性剂和二氧化硅纳米颗粒复配体系，其中，所述表面活性剂的结构式如式(1)所示：
Figure BDA0003085421770000011
在本发明的一种实施方式中，上述复配体系可用作为复合稳定剂。
本发明还提供了一种具有稳定结构的乳液，通过将上述的复配体系加入到正辛烷与水的体系中制得。
本发明还提供了一种制备上述乳液的方法，包括如下步骤：
(1)将表面活性剂、二氧化硅纳米颗粒分别加入水中，相应配制得到表面活性剂溶液、二氧化硅纳米颗粒溶液；
(2)将步骤(1)中得到的表面活性剂浓度溶液与二氧化硅纳米颗粒溶液混合，得到表面活性剂与二氧化硅纳米颗粒混合溶液；
(3)将油相加入到步骤(2)中得到的多表面活性剂与二氧化硅纳米颗粒混合溶液中，均质乳化，形成复配乳液
在本发明的一种实施方式中，步骤(1)配制的表面活性剂溶液的浓度范围为0.001～10mmol/L。
在本发明的一种实施方式中，步骤(1)配制的二氧化硅纳米颗粒溶液的质量分数为0.2wt％。
在本发明的一种实施方式中，步骤(3)中均质机乳化的时间为2min，转速为11000r/mim。
在本发明的一种实施方式中，步骤(3)中，混合液与油相的体积比为1：1。
在本发明的一种实施方式中，油相可选正辛烷。
在本发明的一种实施方式中，一种基于松香基表面活性剂与二氧化硅纳米颗粒形成的乳液，该乳液的成分如下：
7ml松香基表面活性剂与二氧化硅纳米颗粒复配溶液与7ml正辛烷混合乳化；松香基表面活性剂与二氧化硅纳米颗粒复配溶液组分含量如下：
Figure BDA0003085421770000021
Figure BDA0003085421770000031
在本发明的一种实施方式中，所述乳液的制备方法具体包括如下步骤：
(1)称取松香基表面活性剂加入水中，先用超声法，再用水浴法加速溶解，制得表面活性剂母液；称取二氧化硅纳米颗粒于水中，用超声分散仪制得2wt％的二氧化硅纳米颗粒母液；
(2)将步骤(1)中得到的2wt％的二氧化硅纳米颗粒母液取0.7mL于25mL圆柱形玻璃瓶中，然后用移液枪移取不同量的松香基表面活性剂母液于玻璃瓶中，再利用移液枪加水稀释得到7mL溶液，最后加入7mL正辛烷；
(3)将步骤(2)中得到的混合溶液用IKAULTRA-TURRAXT18basic均质机均质乳化2min，转速为11000r/mim，形成表面活性剂浓度范围为0.001～10mmol/L的复配乳液；液静置一周后使用电子显微镜观察样品的微观形貌。
本发明还提供了一种具有稳定结构的泡沫，是以上述的表面活性剂和二氧化硅纳米颗粒复配体系作为起泡剂，在空气中起泡得到。
本发明还提供了一种制备上述泡沫的方法，其特征在于，包括如下过程：
A、将表面活性剂、二氧化硅纳米颗粒分别加入水中，相应配制得到表面活性剂溶液、二氧化硅纳米颗粒溶液；将步骤(1)中得到的表面活性剂浓度溶液与二氧化硅纳米颗粒溶液混合，得到表面活性剂与二氧化硅纳米颗粒混合溶液；
B、将所得表面活性剂与二氧化硅纳米颗粒混合溶液移至具塞量筒中，手动上下震荡后，立即置于冰水浴，形成表面活性剂溶液与二氧化硅纳米颗粒复配泡沫。
在本发明的一种实施方式中，步骤A中，表面活性剂溶液的浓度范围为2～30mmol/L。
在本发明的一种实施方式中，步骤B中，上下震荡20次发泡，置于冰水浴20min。
在本发明的一种实施方式中，一种基于松香基表面活性剂与二氧化硅纳米颗粒获得的泡沫，该泡沫的成分含量如下：
Figure BDA0003085421770000032
Figure BDA0003085421770000041
在本发明的一种实施方式中，所述松香基表面活性剂与二氧化硅纳米颗粒混合泡沫的具体制备步骤如下：
A、称取松香基表面活性剂加入水中，先用超声法，再用水浴法加速溶解，制得表面活性剂母液；称取二氧化硅纳米颗粒于水中，用超声分散仪制得2wt％的二氧化硅纳米颗粒母液；将得到的2wt％的二氧化硅纳米颗粒母液取1mL于25mL圆柱形玻璃瓶中，然后用移液枪移取松香基表面活性剂母液于玻璃瓶中，再利用移液枪加水稀释得到10mL溶液；
B、将步骤A中得到的混合溶液在50℃下转移至具塞量筒中，并手动将具塞量筒上下剧烈震荡20次发泡，随后置于冰水中冷却20分钟，得到表面活性剂浓度范围为2～30mmol/L的复配泡沫；观察得到的复配泡沫体积随时间的变化。
本发明最后还提供了上述的表面活性剂和二氧化硅纳米颗粒复配体系，或者上述的乳液，或者上述的泡沫在表面活性剂领域中的应用。
有益效果：
本发明提供了一种松香基表面活性剂与二氧化硅纳米颗粒复配乳液体系和泡沫体系，及其制备方法。高浓度松香基表面活性剂与二氧化硅纳米颗粒复配乳液和泡沫稳定性良好，对于松香在表面活性剂领域的应用有着重要价值。该乳液和泡沫在催化、电子信息、生物等高新技术领域具有一定的应用前景。
附图说明
图1实施例1中配制的松香基表面活性剂与二氧化硅纳米颗粒复配乳液外观照片。
图2实施例1中配制的松香基表面活性剂与二氧化硅纳米颗粒复配乳液纳米液滴的电镜图。
图3实施例3中配制的松香基表面活性剂与二氧化硅纳米颗粒复配泡沫外观照片。
具体实施方式
实施例1：松香基表面活性剂与二氧化硅纳米颗粒复配乳液的配制
配制2wt％的二氧化硅纳米颗粒母液，用超声分散仪分散浊液。配制浓度为0.1mmol/L、1mmol/L、10mmol/L、20mmol/L的松香基表面活性剂母液，可先后用超声法和水浴法加速表面活性剂溶解。用移液枪移取0.7mL的2wt％二氧化硅纳米颗粒母液于15个25mL圆柱形玻璃瓶中，然后用移液枪依次移取0.1mmol/L的松香基表面活性剂母液①0.07mL、②0.21mL、③0.42mL；1mmol/L的松香基表面活性剂母液④0.07mL、⑤0.21mL、⑥0.42mL；10mmol/L的R-6-AO表面活性剂母液⑦0.07mL、⑧0.21mL、⑨0.42mL、⑩0.7mL；20mmol/L的R-6-AO表面活性剂母液
Figure BDA0003085421770000042
分别加入每个玻璃瓶中，再用移液枪加水稀释至7mL溶液，最后加入7mL正辛烷，用IKAULTRA-TURRAXT18basic均质机均质乳化2min，转速为11000r/mim，形成松香基表面活性剂与二氧化硅纳米颗粒的复配乳液。稳定7天，乳液宏观照片如图1所示。
实施例2：松香基表面活性剂与二氧化硅纳米颗粒复配乳液的纳米结构
将实施例1制备的松香基表面活性剂与二氧化硅纳米颗粒复配乳液滴加在载玻片上，使用扫描电子显微镜观察样品的微观形貌。从图2-⑤表面活性剂浓度为0.03mmol/L的复配乳液的液滴扫描电镜图可知，得到的乳液液滴微球粒径均一，直径约为250nm；图2-⑥表面活性剂浓度为0.06mmol·L-1的复配乳液液滴微球粒径约为180nm；图2-⑦表面活性剂浓度为0.1mmol/L的复配乳液液滴微球粒径约为140nm；图2-⑧、图2-⑨、图2-⑩显示当表面活性剂浓度超过0.3mmol·L-1的复配乳液液滴微球变为不规则椭球形。
实施例3：松香基表面活性剂与二氧化硅纳米颗粒复配泡沫的配制
配制2wt％的二氧化硅纳米颗粒母液，用超声分散仪分散浊液。配制浓度为10mmol·L-1的表面活性剂母液，再分别配制含6mmol表面活性剂、10mmol表面活性剂、20mmol表面活性剂、30mmol表面活性剂的9ml表面活性剂溶液，可先后用超声法和水浴法加速表面活性剂溶解。用移液枪依次移取10mmol/L的松香基表面活性剂母液2mL、4mL于圆柱形玻璃瓶中，然后用移液枪加入1mL的2wt％二氧化硅纳米颗粒母液，再用移液枪加水稀释至10mL，得到表面活性剂浓度为①2mmol/L和②4mmol/L的混合溶液；再直接用移液枪分别加入1mL的2wt％二氧化硅纳米颗粒母液于9ml浓度为6mmol/L、10mmol/L、20mmol/L、30mmol/L的表面活性剂溶液，得到表面活性剂浓度为③6mmol/L、④10mmol/L、⑤20mmol/L和⑥30mmol/L的混合溶液。水浴加入至50℃转移至具塞量筒中，手动上下距离震荡20次后置于冰水浴20min。随后放置25℃恒温箱中保存，观察泡沫体积随时间变化规律。起泡后泡沫体积如图3所示：①14mL、②23mL、③27mL、④34mL、⑤54mL、⑥48mL。起泡体积随松香基表面活性剂浓度升高而增大，半衰期随松香基表面活性剂浓度升高而增大。
虽然本发明已以较佳实施例公开如上，但其并非用以限定本发明，任何熟悉此技术的人，在不脱离本发明的精神和范围内，都可做各种的改动与修饰，因此本发明的保护范围应该以权利要求书所界定的为准。

Claims (10)

1.一种表面活性剂和二氧化硅纳米颗粒复配体系，其特征在于，表面活性剂的结构式如式(1)所示：
Figure FDA0003587229440000011
2.一种具有稳定结构的乳液，其特征在于，通过将权利要求1所述的复配体系加入到正辛烷与水的体系中制得。
3.一种制备权利要求2所述的乳液的方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)将表面活性剂、二氧化硅纳米颗粒分别加入水中，相应配制得到表面活性剂溶液、二氧化硅纳米颗粒溶液；
(2)将步骤(1)中得到的表面活性剂浓度溶液与二氧化硅纳米颗粒溶液混合，得到表面活性剂与二氧化硅纳米颗粒混合溶液；
(3)将油相加入到步骤(2)中得到的多表面活性剂与二氧化硅纳米颗粒混合溶液中，均质乳化，形成复配乳液。
4.根据权利要求3所述的乳液的制备方法，其特征在于，步骤(1)配制的表面活性剂溶液的浓度范围为0.001～10mmol/L。
5.根据权利要求3所述的乳液的制备方法，其特征在于，步骤(3)中均质机乳化的时间为2min，转速为11000r/mim。
6.一种具有稳定结构的泡沫，其特征在于，是以权利要求1所述的表面活性剂和二氧化硅纳米颗粒复配体系作为起泡剂，在空气中起泡得到。
7.一种制备权利要求6所述泡沫的方法，其特征在于，包括如下过程：
A、将表面活性剂、二氧化硅纳米颗粒分别加入水中，相应配制得到表面活性剂溶液、二氧化硅纳米颗粒溶液；将步骤A中得到的表面活性剂浓度溶液与二氧化硅纳米颗粒溶液混合，得到表面活性剂与二氧化硅纳米颗粒混合溶液；
B、将所得表面活性剂与二氧化硅纳米颗粒混合溶液移至具塞量筒中，手动上下震荡后，立即置于冰水浴，形成表面活性剂溶液与二氧化硅纳米颗粒复配泡沫。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，表面活性剂溶液的浓度范围为2～30mmol/L。
9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，步骤B中，上下震荡20次发泡，置于冰水浴20min。
10.权利要求1所述的表面活性剂和二氧化硅纳米颗粒复配体系，或者权利要求2所述的乳液，或者权利要求6所述的泡沫在表面活性剂领域中的应用。
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