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C72-MPB氟醚磷酸膽堿表面活性劑表面張力、泡沫/潤濕性能測定（三）
來源：化學(xué)學(xué)報 瀏覽 995 次 發(fā)布時間:2025-01-14
2.4.2泡沫體積穩(wěn)定性（FVS）
采用泡沫體積穩(wěn)定性（FVS）參數(shù)對泡沫行為進(jìn)行探究。FVS的計(jì)算公式如下：
其中Vt（foam）是某一時間的泡沫體積，Vf（foam）是發(fā)泡結(jié)束后的泡沫體積。
我們與文獻(xiàn)中結(jié)構(gòu)相似的三種碳?xì)滏湺瘟姿狨ヌ鸩藟A進(jìn)行了對比，它們的疏水鏈段分別為十二烷基、十四烷基和十六烷基，在質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.25%時，三種化合物5 min時的FVS分別為98.1%,98.9%,99.4%。0.2%濃度下C72-MPB在5 min時的FVS為99.2%,表明了C72-MPB長脂肪鏈的磷酸膽堿的FVS效果相當(dāng)。
在實(shí)驗(yàn)過程中我們觀測到7500 s之前，1 g/L和2 g/L濃度下C72-MPB泡沫高度接近。1 g/L濃度的C72-MPB泡沫高度隨時間平穩(wěn)下降，而2 g/L濃度的C72-MPB泡沫高度隨時間驟降。測試結(jié)果顯示2 g/L濃度的C72-MPB泡沫的半衰期（tFVS 50%）為8215 s,而1 g/L濃度的C72-MPB泡沫的半衰期超過11770.1 s,遠(yuǎn)大于2 g/L濃度。表明C72-MPB在1 g/L濃度下的泡沫穩(wěn)定性優(yōu)于2 g/L。
2.4.3泡沫綜合值F
泡沫綜合值F通過泡沫體積和半衰期來計(jì)算，公式如下：
通過測試得到1 g/L和2 g/L的C72-MPB的泡沫半衰期（見表4），計(jì)算出泡沫綜合值F分別為1.9×106 mL?s和1.4×106 mL?s（見表4），結(jié)果顯示1 g/L C72-MPB溶液的泡沫綜合性能更佳。
2.4.4泡沫液體穩(wěn)定性（FLS）測試
泡沫液體穩(wěn)定性（FLS）體現(xiàn)了泡沫維持液體和泡沫脫水的能力，計(jì)算公式如下：
其中，Vi（liq）是在氣體通過表面活性劑溶液生成泡沫前溶液的初始體積，Vf（liq）是氣體通過表面活性劑溶液生成泡沫后的體積，Vt（liq）是在一定的時間內(nèi)的溶液體積。FLS=75%時所需時間即tFLS75%,是指從泡沫形成開始到泡沫析出25%液體所需的時間，該值過小或者過大均會影響滅火效果：太小會導(dǎo)致泡沫迅速失水變成干泡，影響流動性能；太大則表明析水緩慢，導(dǎo)致油面溫度下降變慢。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1 g/L和2 g/L的C72-MPB溶液的tFLS75%分別為40.1 s和45.3 s（見表4）。1 g/L和2 g/L濃度的C72-MPB的液體含量見圖4c。
2.4.5平均氣泡面積
平均氣泡面積（M?B?A?）顯示了表面活性劑水溶液中泡沫尺寸隨時間的變化趨勢。測試結(jié)果顯示，1 g/L和2 g/L濃度的C72-MPB溶液初始時的平均氣泡面積分別為15604μm2和10515μm2,在1 g/L濃度下10000 s時的平均氣泡面積為2.4×106μm2,相同時間時2 g/L濃度下C72-MPB溶液的平均氣泡面積為2.9×106μm2（見表4）。1 g/L和2 g/L濃度的C72-MPB的M?B?A?隨時間變化見圖4d,不同時間下的氣泡形態(tài)如圖5。
圖5（a）1 g/L C72-MPB和（b）2 g/L C72-MPB表面活性劑溶液從泡沫峰值高度后的不同時間的泡沫形態(tài)
2.5潤濕性研究
當(dāng)液體放置在固體表面時，可以直接觀察到其靜態(tài)接觸角，當(dāng)接觸角越小，其潤濕性越好。測試質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1 g/L濃度的C72-MPB和蒸餾水在PTFE表面上的接觸角，實(shí)驗(yàn)結(jié)果分別為47°和124°,說明在PTFE上，1 g/L濃度下C72-MPB有較好的潤濕性。觀察C72-MPB液滴形態(tài)隨時間變化，如圖6所示。
圖61 g/L的C72-MPB水溶液在PTFE上不同時間的潤濕狀態(tài)
2.6等電點(diǎn)、熱重分析和差示掃描量熱
通過zeta電位法測試C72-MPB氟磷酸膽堿的等電點(diǎn)為pH=5.61（zeta電位為0時的pH值）。
我們分別使用差示掃描量熱儀（DSC）和熱重分析法（TGA）測定C72-MPB氟磷酸膽堿熱量和重量相關(guān)量隨溫度升高的變化（圖7和圖8）。
圖7 C72-MPB熱通量隨溫度的變化
圖8 C72-MPB重量百分比隨溫度的變化
TGA圖中可以看到樣品的失重主要集中在100℃以下和250℃到300℃，DSC圖中可以看出樣品的吸熱主要有三個區(qū)域，分別在100℃以下，140——170℃和260——300℃。結(jié)合TGA和DCS來看，在溫度100℃以下部分是少量溶劑及產(chǎn)物中的水蒸發(fā)，溫度達(dá)到140℃時，DSC中有吸熱峰，但TGA曲線沒有變化，說明產(chǎn)物發(fā)生相變，從固體轉(zhuǎn)變?yōu)橐后w，直到250℃左右開始失重，最終仍有11.54%固體剩余證明一定存在分解現(xiàn)象并產(chǎn)生固體產(chǎn)物，結(jié)合DSC圖中有多個吸熱峰來看推測是產(chǎn)物有多步分解，也不排除存在部分的汽化失重的可能性。
3結(jié)論
本文設(shè)計(jì)合成了一種C72-MPB氟醚磷酸膽堿表面活性劑，測試了其在水溶液中的一系列表面活性性能、泡沫性能、潤濕性能、等電點(diǎn)、DSC和TGA等。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明C72-MPB氟醚磷酸膽堿具有表面張力低、泡沫性能與潤濕性能好等一系列優(yōu)勢，為氟醚磷酸膽堿在生物醫(yī)藥領(lǐng)域和日化品領(lǐng)域的應(yīng)用提供理論基礎(chǔ)。