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釕催化劑合成丁炔二醇醚三硅氧烷表面活性劑反應條件及表面張力測定（三）
來源：北京化工大學學報（自然科學版） 瀏覽 1050 次 發(fā)布時間:2025-03-14
2.3反應條件優(yōu)化
根據(jù)以上單因素影響的分析結果，本文采用正交試驗優(yōu)化BEOTSS的合成工藝條件。以反應時間（A）、反應溫度（B）、n（BEO）∶n（MDHM）（C）、催化劑用量（D）為影響因素，MDHM轉(zhuǎn)化率為評價指標，采用L9（34）進行正交試驗，因素水平見表2，試驗方案及結果見表3。
表2正交試驗的因素水平
表3正交試驗方案及結果
根據(jù)極差R的大小，確定各因素對反應轉(zhuǎn)化率影響的大小順序為：反應溫度B＞反應時間A＞催化劑用量D＞原料配比C。通過正交試驗結果確定釕催化合成工藝的最優(yōu)方案為A 2 B 3 C 2 D 3，即反應時間6.0 h、反應溫度100℃、n（BEO）∶n（MDHM）為1.05∶1、催化劑用量30 mg/kg。
為驗證工藝的穩(wěn)定性，在以上優(yōu)化條件下進行3次重復實驗，測得MDHM轉(zhuǎn)化率分別為99.00%、99.02%、99.05%，實驗結果相差不大，表明該合成工藝可行。
2.4 BEOTSS的結構表征結果
2.4.1紅外光譜
圖6（a）為BEOTSS的紅外譜圖。圖中，3 432 cm-1處的吸收峰為CH2OH中—OH的伸縮振動峰，1 630 cm-1的吸收峰為目標產(chǎn)物中C=C的伸縮振動峰；2 960 cm-1和2 875 cm-1處的吸收峰分別為—CH3和—CH2—中C—H鍵的伸縮振動峰；1 260 cm-1、842 cm-1和752 cm-1處的吸收峰為—OSi（CH3）3的特征峰；1 065 cm-1處的吸收峰為聚醚基中C—O—C的伸縮振動峰，它與1 020~1 080 cm-1處特有的Si—O—Si伸縮振動峰部分重疊，引起Si—O—Si峰形發(fā)生不對稱變化；1 353 cm-1和1 406 cm-1處的吸收峰為—CH2—中C—H鍵的變形振動峰。圖6（b）為原料與產(chǎn)物的紅外譜圖比較。圖中，3 432 cm-1處的吸收峰為—OH基團的特征峰，原料BEO與產(chǎn)物BEOTSS都有此峰，說明BEO的羥基沒有與Si—H反應。MDHM中2 153 cm-1處的吸收峰為Si—H基團的特征峰，而BEO與BEOTSS均沒有此峰，說明Si—H加成到BEO的C≡C鍵，形成C=C雙鍵（其特征峰在1 630 cm-1處）。以上結果表明本研究成功合成了目標產(chǎn)物BEOTSS。
圖6 BEOTSS、MDHM和BEO的FT-IR譜圖
2.4.2 1H-NMR譜圖
圖7為BEOTSS的1H-NMR譜圖。根據(jù)譜圖中的化學位移及積分數(shù)據(jù)確定化合物中各基團的氫歸屬，得到以下結果：1H-NMR（400 MHz，CDCl3），δ=6.24~6.16（m，—C=CH—，1H），4.17（m，—CH 2CCHCH 2—，4H），3.72（d，J=5.6 Hz，—CH 2—OH，4H），3.54（t，J=14.6 Hz，—O—CH 2—，4H），0.21（s，—Si（CH 3）3，18H），0.18（s，—SiCH 3，3H）。由于使用氘代氯仿作為溶劑，產(chǎn)物中的2個—OH為活潑氫，在譜圖中沒有出峰，同時結合紅外譜圖分析，進一步證明本研究成功合成了目標化合物BEOTSS。
圖7 BEOTSS的1H-NMR譜圖
2.5 BEOTSS的界面性能
表4為25℃下0.1%BEOTSS水溶液的表面張力，由表4可知，BEOTSS的平均表面張力為22.5 mN/m。圖8為BEOTSS的平衡表面張力與濃度對數(shù)的關系曲線。經(jīng)計算，得到BEOTSS的表面活性參數(shù)如下：c CMC=4.9×10-5 mol/L，γCMC=22.5 mN/m，Γmax=6.0×10-6 mol/m2，α=0.28 nm2，所得α值與文獻［1］報道的三硅氧烷表面活性劑分子的α
（0.31 nm2）接近，說明被吸附的分子形成緊密的單分子層，界面上單個表面活性劑分子所占的平均面積只取決于傘型三硅氧烷的結構和尺寸，屬于多甲基結構在水表面緊密排列［1］。自由能ΔGθ為負值（-34.5 kJ/mol），表明此表面活性劑在水溶液中形成膠束的過程可自發(fā)進行。由以上結果可以看出，BEOTSS表面活性劑在濃度很低時即可顯著降低水的表面張力，表明此類三硅氧烷化合物是一種非常有效的表面活性劑。
表4 0.1%BEOTSS水溶液的表面張力（25℃）
圖8 BEOTSS的平衡表面張力與濃度對數(shù)的關系
3結論
（1）以三氯化釕為催化劑，BEO和MDHM為原料，成功合成了目標產(chǎn)物BEOTSS；采用正交試驗優(yōu)化了催化反應條件：催化劑用量30 mg/kg，n（BEO）∶n（MDHM）為1.05∶1，反應時間6.0 h，反應溫度100℃，在此工藝條件下MDHM轉(zhuǎn)化率可達99%。
（2）25℃下0.1%BEOTSS水溶液的表面張力為22.5 mN/m，臨界膠束濃度為4.9×10-5 mol/L，表明BEOTSS在濃度很低時可顯著降低水的表面張力，具有優(yōu)良的表面活性。