二苯乙烷的磺化及其应用-学位论文.doc

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毕业论文题目：二苯乙烷的磺化及其应用
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摘 要
用十六烷酸和二苯乙烷在催化剂的作用下合成十六烷基二本乙烷，再经过磺化反应合成十六烷基二苯乙烷二磺酸钠。十六烷基二苯乙烷二磺酸钠在固液界面上的吸附研究及在油-水界面张力的研究。并讨论了物料比、溶剂、反应时间、温度等因素对产率及产品质量的影响，得到了最优化的反应条件。通过红外谱图进行表征，对产物的表面张力、临界胶束浓度、起泡性、稳泡性、抗盐性、分散性、絮凝作用进行了测定，并计算了HLB值。结果表明，该双子表面活性剂具有良好的表面活性。

关键词：十六烷基二苯乙烷二磺酸；磺基化；吸附作用；表面张力

VI

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THESIS: Alkylation of diphenyl oxide sulfonation and its application
SPECIALIZATION:
POSTGRADUATE:
MENTOR:
Abstract
Triethylenetetramine and lauric acid as raw materials to conduct amidation reaction, and then further dehydration, be alkyl imidazoline intermediates, Finally, 3-chloro-2-hydroxy-DMPS to quaternary ammonium reagent for the quaternization reaction, Synthesis of a Gemini imidazoline quaternary ammonium surfactants. And the ratio of solvent, reaction time, temperature and other factors on the yield and quality of products, the optimal reaction conditions. And the infrared spectra were characterized by the right product interfacial tension, critical micelle concentration, foam, foam stability, salt, decentralized and flocculation were measured to calculate the HLB value. The results show that the surfactants with good surface activity.

Key word： Hexadecyl diphenyl oxide two sulfonic acid; Sulfosalicylic ; Adsorption; Surface tension.

本科毕业论文 目录
目 录
摘 要 I
Abstract II
图目录 V
表目录 VI
1.1 引言 1
1.2 十六烷基二苯乙烷二磺酸钠的合成研究进展 2
1.2.1 阴离子表面活性剂的结构 2
1.2.2 十六烷基二苯乙烷二磺酸钠的合成 2
1.3 十六烷基二苯乙烷二磺酸钠的性能 2
1.3 物化性能 2
1.4 双子表面活性剂的用途 3
1.5 本文研究的内容 4
第二章 实验部分 2
2.1 实验仪器 2
2.2 实验药品 2
2.3 实验步骤 3
2.3.1 十六烷基二苯乙烷阴离子子表面活性剂的制备 3
2.3.2 氯磺酸的制备 5
2.3.3 十六烷基二苯乙烷二磺酸盐的制备 6
第三章 结果与讨论 10
3.1 反应原理 10
3.2 十六烷基二苯乙烷二磺酸钠的红外谱图分析 11
3.3 溶剂/携水剂对收率的影响 14
3.4 十六烷基二苯乙烷的生成方法 15
3.5 联接基团对胶团化的影响 16
3.6 产品的熔点测试 16
3.7 十六烷基二苯乙烷二磺酸钠阴离子表面活性剂的表征 16
3.7.1 临界胶束浓度的测定 16
3.7.2 表面张力的测定 18
3.7.3 等电点的测定 19
3.7.4 泡沫稳定性的测定 19
3.7.5 絮凝性性的测定 19
3.8 十六烷基二苯乙烷双磺酸钠(CIe-MADS)的安全性研究 20
第四章 结论 22
参 考 文 献 23
致 谢 25

本科毕业论文 表目录

本科毕业论文 图目录
图目录
图2.1实验装置示意图 4
图2.2减压蒸馏装置图 5
图2.3实验装置示意图 6
图2.4实验装置示意图 9
图3.1十一烷基咪唑啉中间体的红外谱图 11
图3.2十六酸／二苯乙烷对产物收率的影响 12
图3.3反应温度对产物收率的影响 12
图3.4反应时间对产物收率的影响 13
图3.5三氧化硫/十六烷基二苯乙烷对产物收率的影响 13
图3.6表面张力与浓度关系图 18

本科毕业论文 表目录
表目录
表 3.1正交实验结果 14
表 3.2表面张力测定的实验数据记录 18
表 3.3絮凝性测定实验现象记录 20

本科毕业论文 第一章 绪论
第一章 绪论
1.1 引言
表面活性剂是精细化工的重要产品，它在加入少量时即能大大降低溶剂的表(界) 面张力，并且在溶液中到达一定浓度以上，会形成分子有序聚集体，从而在各种重要过程，如润湿、铺展、起泡、乳化、加溶、分散、洗涤中发挥重要作用。
表面活性剂的分子由两部分组成。一部分是亲油的碳氢链非极性基团，叫做疏水基或亲油基；另一部分是亲水的极性基团，叫做亲水基。两部分分处分子两端，形成不对称的两亲结构。传统的表面活性剂分子含有一个亲水基和一条疏水基，并且根据其在水溶液中的离解状况分为离子型表面活性剂(包括阴离子型、阳离子型及两性表面活性剂) 和非离子型表面活性剂。表面活性剂亲水基的存在使得分子能溶于水，但亲油基又使得该种分子易于自水中逃离。因此表面活性剂在低浓度时，表面活性剂分(离)子有自发吸附到气／液(或液／液、液／固)表(界)面上，将其碳氢链伸出水相外以降低其自由能。当体相中表面活性剂分(离)子达到一定的浓度(临界胶团浓度)时，在表(界)面吸附己达饱和的情况下，体相中溶质分(离)子由于碳氢链的疏水相互作用通过扩散而接触进而自发聚集，形成碳氢链被包裹在内，亲水头基在外的所谓“壳一核”结构的正向胶团状态。胶团的自发形成同样使得表面活性剂分(离)子的双亲结构部分都获得了最佳环境，整个体系的自由能降低而处于稳定。表面活性剂分(离)子在溶液中的定向吸附和胶团化而形成有序聚集体是其基本特征。由此产生的许多性能致使表面活性剂广泛应用于工业、农业、国防以及日常生活中，素有“工业味精”之称。
最近几十年来，表面活性剂工业得到了前所未有的发展，主要表现在两个方面：(1)表面活性荆的品种数量急剧增加；(2)应用领域日趋广泛。目前，随着科学技术的进步和人类物质文化生活水平的不断提高，表面活性剂已突破了传统概念，在生命科学、能源科学、信息材料以及许多现代高新技术发展中发挥了重要作用，成为物理、化学、生物三大学科和许多技术部门共同关心的领域而步入了一个新的时代。为此一些特殊应用的场合就表面活性剂的性能和对环境的影响提出了新的要求，具有一条疏水基和一个亲水基的传统表面活性剂已不能完全满足这些要求。因此，许多具有特殊化学结构的功能性表面活性剂，如双亲水基型表面活性剂(包括Gemini型表面活性剂) 螯合性表面活性剂，可裂解性表面活性剂，可聚合性表面活性剂等便应运而生。烷基二苯醚二磺酸盐(简称ADPODS)是一类在结构和性能上有别于传统表面活性剂的多功能性双亲水基型阴离子表面活性剂旧’。是由二苯醚经烷基化、磺化、中和后所得到的一类高效的表面活性剂品种，其独特的双磺酸盐亲水基之间由二苯醚刚性基团联接，而二苯醚结构的超共轭效应，赋予该表面活性剂稳定的电子结构及离子头基的电负性增强。
1.2 十六烷基二苯乙烷二磺酸钠的合成研究进展
1.2.1 阴离子表面活性剂的结构
十六烷基二苯乙烷二磺酸钠的分子结构为：
由分子结构可看出，十六烷基二苯乙烷二磺酸钠分子中具有二个带负电荷的亲水基团，二者间会产生一个负电荷的增强重叠区。于是较高的电荷密度将导致较大的分子间的吸引力，从而产生较大的溶解作用和耦合作用。此外，二个苯环间的醚键可允许苯环绕氧转动，于是磺酸基之间的距离可以改变，这就可允许其与密集的离子结构或体积大的长链烃相结合。
不同组分的表面活性及其他相关性能有所不同，应用领域亦有所不同。通过调整原料种类与生产工艺条件，可以有效地调整商品级产品的组成，满足特定条件下的性能要求。
1.2.2 十六烷基二苯乙烷二磺酸钠的合成
MiltonA．Prahl于1937年首先采用过量的直链或环状脂肪醇硫酸酯或不饱和烃的硫酸酯与二苯乙烷进行缩合反应，制得烷基二苯乙烷，然后采用浓硫酸、氯磺酸或三氧化磺在适当的有机溶剂存在下(如四氯化碳)进行磺化反应，产物经中和、脱去溶剂制得十六烷基二苯乙烷二磺酸钠产品，测定了相关的性能，显示出了优良的润湿、分散、乳化与洗涤去污能力。该合成方法复杂且产品中杂质含量较多，所以随后的合成研究采用烯烃、卤代烃或脂肪醇与二苯乙烷的直接烷基化及烷基二苯乙烷的磺化两个主要部分。
1.3 十六烷基二苯乙烷二磺酸钠的性能
1.3 物化性能
烷基二苯醚二磺酸盐(MADS)是水溶性表面活性剂，MADS能溶解于各类无机酸及无机盐溶液中，这是一般表面活性剂所不具备的特征，而DADS、DAMS、MAMS的水溶性较差。用各种典型的无机化合物配成质量分数为20％的水溶液，商品级C12．MADS粉末加入直至不溶解为止，从表1．5的结果可见C12．MADS有特殊的溶解性能。“+”表示粘度太大，无法继续加入，而不是不溶。
1.4 双子表面活性剂的用途
阴离子表面活性剂有着广泛的用途，它可以用来制备新材料，通过控制阳离子Gemini（Cn-S-Cm·2Br－）的烷基链长度以及联接基团的长度，可以制备不同晶相及不同孔径的高质量的纯硅胶，还可以用于生物碱的分离等。
阴离子型表面活性剂在我国尚处于实验室合成各种样品，测定基本性能的阶段。有针对性地加速开发适合于提高油田采收率的阴离子型型表面活性剂，是深度开发利用油田资源的一项高科技研究课题[6];也为阴离子型型表面活性剂的发展提供了大市场。双子表面活性剂在油田开发中具有极大的潜在应用前景。双子表面活性剂为三次采油后再进一步提高油田采收率带来了希望[7]。它的浓度小，粘度高，可有效的改变油水流度比，扩大波及体积，可波及到聚合物波及不到空间，驱出那里的原油;低表面张力和优良的润湿性能，可以提高驱油效率。另外，在堵水、调剖和开发低渗透率薄油层方面具有应用前景。双子表面活性剂具备低的cmc值,对皮肤的刺激性很低,已应用到化妆品和医药配方中。Condea(康迪雅)公司推出了Ceralnhaon阴离子型表面活性剂，用于个人护理用品工业[8]。Gemini表面活性剂，是近年发展起来的新一代高活性的表面活性剂，它长期以来一直是化学家研究的一个热点。最近的研究工作不断揭示了双子表面活性剂的一些新而独特的性质，使得科学家对它的研究兴趣长久不衰。
MADS非常适于配制超浓缩液体洗涤剂，这主要源于以下几点：
(1)水溶性好，易得到高浓度、流动性好的液体产品。
(2)可以增溶普通表面活性剂，如烷基苯磺酸钠、非离子表面活性剂。
(3)可以增溶香精、防腐剂和烃类等难溶性物质。
(4)可以取代或减少非洗涤助剂的用量。
(5)可以调节体系流变性。
(6)抗电解质能力强，配方产品稳定性好，不易分层。
目前的洗涤用品正向节能、节水和环保方面的要求转变，C16．MADS在低温、高硬度条件下仍具有很强的洗涤能力，发泡性适中，泡沫稳定性较差，所以易漂洗，非常适合于配制洗衣机用的洗涤剂，以及低温无磷洗涤剂，同时可以减少螯合剂和助溶剂、消泡剂等助剂的用量，简化配方结构和配制工艺。
C．Tongcumpou等【32J用C12一MADS、二辛基琥珀磺酸盐及Span80配制成的无中等链长醇型微乳液洗涤剂的去污效果比普通洗衣粉高20％。
浴室、卫生间清洁剂主要是由漂白剂和表面活性剂配制而成的，为了保证配方产品具有较长的货架寿命，必须要求表面活性剂和漂白剂具有～定的相溶性。MADS在次氯酸钠、过氧化氢等强氧化剂存在下化学稳定性好，在体积浓度高达15％的次氯酸钠中仍能溶解，而且可以提高其他传统表面活性剂与漂白剂的相溶性。加之易使许多疏水性表面变为强亲水性表面，提高去污能力，即使在高硬水条件下，漂洗后不留残迹。
烷基二苯醚二磺酸盐也非常适宜于配制其它种类的硬表面清洗剂。同时，由于MADS热稳定性好，可用于配制高温蒸汽清洗剂或贮存温度过高的液体洗涤剂。
1.5 本文研究的内容
近年来，表面活性剂的研制与应用有了新的飞跃发展。突出表现在用量低，效率高，性能独特的功能性表面活性剂的出现，使应用向广度和深度方向发展。综观前述结果，烷基二苯乙烷二磺酸盐是结构和性能独特应用广泛的双亲水基多功能表面活性剂，国际上对烷基二苯乙烷二磺酸盐的研究极为重视并已有一定的报道。深入开展对烷基二苯乙烷二磺酸盐的研究，以追赶国际潮流并促进我国相关产业的发展，将具有十分重要的意义。
通常表面活性剂之间的复配可产生协同效应；表面活性剂与一些水溶性高分子聚合物的复配体系亦在生物、化学、医药、采矿和石油工程以及日常生活中有着广泛应用。利用烷基二苯乙烷二磺酸盐的优异性能，将其应用于石油开采及环境保护中亦将是一新的发展领域。
本论文的具体研究内容主要有：烷基二苯乙烷二磺酸钠的合成与性能(第二章)、烷基二苯乙烷二磺酸钠的应用性能研究(第三章)等。通过这些工作，希望能从理论上丰富对烷基二苯乙烷二磺酸钠的认识，拓宽这一功能性双亲水基型表面活性剂的工业应用，考察该表面活性剂的环境相容性。

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本科毕业论文 第二章 实验部分
第二章 实验部分
2.1 实验仪器
红外光谱仪，美国Nioolet460型傅里叶变换红外光谱仪；
核磁共振仪，AVANCE III 500MHZ，瑞士Bruker公司；
数显恒速搅拌器，$31240型，上海申生科技有限公司；
数显恒温水浴锅，W201S型，上海申生科技有限公司；
旋转蒸发仪，QHJ756B型，常州市新析仪器厂．
WRS-1B 数字熔点仪 （上海市精密科学仪器有限公司）
BOMENMB154S型中近红外谱仪(KBr压片)
JK99B型全自动张力仪 （上海中晨数字技术设备有限公司）
2.2 实验药品
化学名：二苯乙烷
分子式：C14H14 分子量：168 g/mol
性状：二苯乙烷 (C14H14 )也称联苄、对称二苯乙烷,是一种重要的有机合成中间体.其磺化产物可作为优良的皮革鞣剂;脱氢产物是生产荧光增白剂和染料的重要原料。 熔点(℃)： 52 ,沸点(℃)： 284 ,相对密度(水=1)： 1.0 ,相对蒸气密度(空气=1)： 6.29 , 闪点(℃)： 128.8,引燃温度(℃)： 480 , 溶解性： 溶于乙醚、二硫化碳、热乙醇,主要用途： 用于有机合成。
生产厂家：上海化学试剂公司
化学名：棕榈酸
分子式：C16H32O2 分子量：256.42 g/mol
性状：白色带有珠光的鳞片。不溶于水，微溶于石油醚、氯仿和冰醋酸，用于制蜡烛、肥皂、金属皂润滑脂、合成洗涤剂、软化剂。制备和来源：由棕榈酸油或柏油水解和分离不饱和脂肪后经重结晶而得。
生产厂家：上海化学试剂公司
化学名：甲苯
分子式：C7H8 分子量：92g/mol
性状：无色透明液体。不溶于水,能与乙醇、乙醚、氯甲烷等多种有机溶剂相混容，沸点137～140℃。该品易燃，吸入或与皮肤接触有害，对皮肤有刺激性。使用时应避免与眼睛、皮肤接触，应远离火种密封保存。
生产厂家：上海化学试剂公司
化学名：环氧氯丙烷
分子式：C3H5ClO 分子量：92.53
性状：无色液体，易挥发，有与三氯甲烷类似的气味，不稳定，能与乙醇、乙醚、氯仿、三氯乙烯、四氯化碳相混容，不与石油烃类混容，不溶与水。熔点：－25.6℃，沸程：115～118℃。该品易燃。吸入、口服或与皮肤接触有毒，具有腐蚀性能引起烧伤，可能致癌，接触皮肤能引起过敏。
生产厂家：中国医药（集团）上海化学试剂公司
其他药品：乙酸乙酯、石油醚、无水乙醇、盐酸，氢氧化钠，磷钨酸，亚硫酸钠等，均为分析纯。
2.3 实验步骤
2.3.1 十六烷基二苯乙烷阴离子子表面活性剂的制备
（1） 实验步骤
在装有电动搅拌器、温度计、回流冷凝管装置的150ml三口烧瓶中，加入 0.05mol的二苯乙烷、0.1mol的棕榈酸和15ml的甲苯，实验开始前通入N2气，以免反应时空气中的氧气氧化，然后加热。开始小心加热到60－80℃，待固体原料全部溶解，再升温到155℃，反应2小时（第一步脱水）。继续升温到210℃，持续反应10h。当蒸气量减少，且不再有水生成时，停止加热，提升烧瓶使其自然冷却到120℃，改减压蒸馏装置,蒸出过量的二苯乙烷和甲苯，然后趁热将黏稠物倾至配置好的3：3：1的无水乙醇、乙酸乙酯和石油醚混合溶液中，剧烈搅拌十分钟，静置分层，冷却结晶7h。减压抽虑，再用上述混合溶液快速洗涤3次，然后用大滤纸包裹进行真空干燥24h。得白色粉末状固体粗品。
（2）反应方程式

（3）反应装置如图2.1、图2.2：

图2.1实验装置示意图

图2.2减压蒸馏装置图
2.3.2 氯磺酸的制备
气相法合成工艺氯磺酸是三氧化硫的延伸产品，国内现有的氯磺酸生产装置均使用三氧化硫气体（如一次转化出口炉气、加热蒸发发烟硫酸产生纯SO3气体配用二次转化出口炉气、加热蒸发发烟硫酸产生的纯SO3气体等），与来自曼海姆法硫酸钾装置的氯化氢气体[ψ（HCl）≥30％]或者氯碱装置氯化氢气体[ψ（HCl）约95％]或者硫酸一盐酸氯化氢发生装置氯化氢气体[ψ（HCl）约100％]在130—230℃下反应，合成气态氯磺酸，再经过冷凝分离得到液态氯磺酸产品。通入三氧化硫，加入带有温度计、冷凝管、滴液漏斗的三口瓶中 ，再加入氯化氢气体，搅拌，升温至85℃，缓慢滴加15ml 环氧氯丙烷，滴加时间设定为 2h，控温为85℃。滴加完毕后，恒温反应1.5h，然后停止加热，冷却至室温，倒入小烧杯中与冰水中冷却。
（2）反应方程式：

（3）反应装置如图2.3：

图2.3实验装置示意图
2.3.3 十六烷基二苯乙烷二磺酸盐的制备
（1）操作步骤
将2.43g烷基十六烷基二苯乙烷加入盛有10ml正丙醇的三口烧瓶中，加热，直至烷基咪唑啉完全溶解，此时加入25ml溶有 2.36g氯磺酸的去离子水，搅拌，继续加热，温度维持在85-95℃， 慢慢滴加10%NaOH5 ml，反应48h，然后蒸出正丙醇，得到透明淡黄色粘稠液体。
（2）反应方程式如下：

在不同的条件下，可能的到对十六烷基二苯乙烷二磺酸钠

（3）反应装置如图2.4：

图2.4实验装置示意图

本科毕业论文 第三章 结果与讨论
第三章 结果与讨论
3.1 反应原理
二苯乙烷先与棕榈酸反应生成十六酰基二苯乙烷，十六酰基二苯乙烷与还原氢在硫酸催化下发生烷基化反应生成十六烷基二苯乙烷(主要成分为单十六烷基二苯乙烷，还含有部分双十六烷基二苯乙烷)。十六烷基二苯乙烷用发烟硫酸磺化生成十六烷基二苯乙烷磺酸(主要成分力单十六烷基二苯乙烷双磺酸，还含有单十六烷基二苯乙烷单磺酸、双十六烷基二苯乙烷双磺酸和双十六烷基二苯乙烷单磺酸)；最后十六烷基=苯乙烷双磺酸用氢氧化钠中和成盐。
主反应为：

磺化反应为亲电取代反应，本质是在有机分子结构中引入磺酸基。本研究选择磺化剂为发烟硫酸。磺化反应也为放热反应，所以在芳烃磺化过程中，可能有副产物枫的生成。一般地说，在同一个苯环上发生多磺化的机率不大，因为磺酸基为强吸电子基，在苯环上有一个磺酸基后会使这个环上的电子云密度大为降低，很不利于在取代一个磺酸基，故在烷基二苯醚的另一个环上进行磺化。
3.2 十六烷基二苯乙烷二磺酸钠的红外谱图分析

图3.1十一烷基咪唑啉中间体的红外谱图

1图3.1中主要谱带的分析如下：
3301.8 cm－1：O-H的伸缩振动吸收
2920 cm－1：甲基的C-H伸缩振动吸收
1637.4 cm－1：C=O的伸缩振动吸收
1469.6 cm－1，1220.8 cm－1：甲基和亚甲基C-H弯曲振动吸收
719.39 cm－1：乙基的C-H平面摇摆振动吸收
2反应条件对产物收率的影响
(1) 十六酸／二苯乙烷比对产物收率的影响
以反应时间为6h，反应温度为一定时，考察反应物的配料比对产率的影响。
结果见下图3—1。

图3.2十六酸／二苯乙烷对产物收率的影响
由图3.2可以看出，十六酸／二苯乙烷(mol／m01)比在1：1．5左右最为合适，当十六酸／二苯乙烷(mol／m01)比调节到2左右时，收率未见提高，其原因可能是部分生成了双烷基的产物。
(2) 反应温度对收率的影响
以反应时间为6h，十六醇／--苯醚(mol／m01)比为l：1．5，考察反应温度对收率的影响，结果见图3-2
。
图3.3反应温度对产物收率的影响
由图3.3可以看出，反应温度控制在70℃2左右最为合适，收率最高，而当温度升至85。C时，收率呈下降趋势，其原因是因为发生了多烷基化的反应。
(3) 反应时间对收率的影响
以十六酸／二苯乙烷比为1：1．5，温度为70℃时，考察反应时间对收率的影响，结果见图3.4。

图3.4反应时间对产物收率的影响
由图3.4可见，反应时间为到6h较合适，而在8h时，收率略有提高，但相对于6h收率提高不明显。
(4) 单十六烷基二苯乙烷／硫酸比对反应收率的影响
单十六烷基二苯乙烷／硫酸不同的配比在35和2h的反应条件下来
进行考察，结果见图3.5。

图3.5三氧化硫/十六烷基二苯乙烷对产物收率的影响
影响磺化反应的主要工艺参数为反应时间、反应温度、磺化剂的质量分数和投料比，采用正交实验考察最佳反应条件，因素水平见表3.1。

表 3.1正交实验结果
实验
A
B
C
D
磺酸基数目
1
1
1
1
1
1.274
2
1
2
2
2
1.043
3
1
3
3
3
1.431
4
2
1
2
3
1.853
5
2
2
3
1
1.635
6
2
3
1
2
1.811
7
3
1
3
2
1.627
8
3
2
1
3
1.865
9
3
3
2
1
1.643
K1
3.749
4.761
4.387
4.555

K2
5.306
5.306
4.343
4.480

k3
5.135
5.315
4.888
5.155

R
0.519
0.114
0.140
0.225

由表3.1可见，最优反应条件为A：、B、C，、D，，即发烟硫酸=15％、反应温度35℃、反应时间1 h、n(反应物)：n(磺化试剂)=1：2．5。采
用上述最优反应条件进行反应，测得磺酸基数目为1．90。
3.3 溶剂/携水剂对收率的影响
(1) 携水剂的作用
携水剂，就是将水从反应体系中携带出来，使反应平衡向右移动。但是携水剂还有一个重要的作用就是使物料与氧气隔绝，十六烷基二苯乙烷在空气中易被氧化，所以采用N2气保护,但是实验条件不允许一直通N2，这样是对实验药品的浪费,挥发的高密度甲苯蒸气产生回流后恰恰起到了保护作用。
(2) 携水剂种类的影响
本次实验可采用三种溶剂/携水剂，苯、甲苯或二甲苯，但是毒性比较： 苯>甲苯>二甲苯。
三种携水剂所起的作用虽都相同，都是与水形成共沸物，把水携带出去从而使得反应向正方向——形成咪唑啉环的方向进行，但由于三种携水剂的沸点各不相同，所形成的共沸物的沸点也各不相同，从而反应生成的水在体系中停留时间也不同，而生成咪唑啉环的反应是可逆反应，水在体系的停留时间也会影响产物的产率和质量。由于苯的沸点较低，相同用量的苯和水形成的共沸物的沸点也较低，所以在较低温度下就可把生成的水带出，而甲苯或二甲苯则需较高的温度才能把水带出，但正由于苯的沸点过低，再加上本反应是在N2气保护下进行的，苯极易被带出，所以将需大量苯，而且苯蒸汽容易使人中毒，污染环境，所以使用毒性较小的二甲苯最好。［13］
(3) 携水剂用量的影响
一般情况下携水剂的用量只要足够回流就可以了，但由于本次实验生成水的量较少，如果携水剂的用量过大，会造成试剂的浪费,而且使得反应的温度不能调节到合适的值,另外，还会使生成的水不易与携水剂分离，影响反应过程中的操作，反应终点的确定。如果携水剂的用量较少就会影响回流，使生成的水不能及时的带出，从而影响产率。
本次实验所用的携水剂是二甲苯，用量为所用原料量的两倍。发现这种用量已足够回流，也不会造成浪费。
3.4 十六烷基二苯乙烷的生成方法
(1)常压升温法　在125m l 的三口烧瓶中加入一定量的棕榈酸与二苯乙烷, 加热熔化, 通氮气保护,在磁力搅拌下匀速升温至60—70 ℃, 反应0.5 小时; 继续升温至150—160 ℃, 反应1.5 小时; 然后在190-200 ℃内再反应2 小时。用分水器不断将反应生成的水分出。反应完毕, 冷却至室温得一淡黄色蜡状固体。
(2)溶剂法　在三口烧瓶中加入一定量的棕榈酸和溶剂甲苯, 加热搅拌, 在棕榈酸融化后加入二苯乙烷,在氮气保护下, 加热回流, 把反应生成的水不断分出。6 小时后减压蒸出甲苯。得到淡黄色粘稠液体, 冷却至室温得一淡黄色固体。此法反应温度较低，产物不易变色，但反应时间长，收率低，还存在溶剂回收的问题。
（3)程序升温与真空并用法　棕榈酸和一定比例的二苯乙烷融化后在真空条件下加热反应, 氮气保护。反应温度控制在150—160 ℃之间, 压力3. 999—9. 332kPa, 共反应6—9 小时。冷却后得一淡黄色固体。此法安全快捷较适合工业化生产。

3.5 联接基团对胶团化的影响
对M-S-M·2Cl-双子表面活性剂体系，Zana［等发现cmc随M的变化情况类似于单磺酸盐表面活性剂的变化规律，但随S的变化的情况则复杂的多。在S=5时，cmc出现极大点，S>10后，继续增加S，cmc减少。他们认为由于作为连接基团是柔性的，当链逐渐增长时构型发生变化而对cmc产生了影响，如当其长度（S<4）小于电荷造成的两个极性头基间的平衡距离时，链处于伸直的结构。虽然靠这种化学键使极性头基间被强制拉住在较小的距离内，但造成伸直的链暴露在水中而带来热力学的不稳定性，因而cmc上升。当联接基团的长度（S大于或等于10）大于其电荷造成的两个极性头基间平衡距离时，联接基团链将卷曲而插入胶团内，从而降低了体系的自由能，cmc下降。
当链接基团为刚性时，链难以弯曲，因而影响情况不同。子Rosen和Song[22]比较了以柔性（CH2CHCHCH2）基团和刚性基团（C6H4）基团的烷基卤化铵阴离子表面活性剂的动态表面张力，结果表明具有柔性基团的阴离子表面大活性剂比具有刚性联接基团的阴离子表面活性剂生成聚集体的倾向更大，同时表面张力降低速率也变大。
本实验所合成的阴离子表面活性剂的连接基团为柔性基团，因此，其表面张力降低较快。
3.6 产品的熔点测试
氯磺酸钠的始熔温度250.6℃，终止温度251.5℃。
十六烷基烷基二苯乙烷的始熔温度103.3℃，终止温度105.6℃
3.7 十六烷基二苯乙烷二磺酸钠阴离子表面活性剂的表征
3.7.1 临界胶束浓度的测定
表面活性剂水溶液的表面张力会随着溶液中表面活性剂浓度的增大而急剧变小，当表面张力出现最小值时，对应的表面活性剂的浓度就是该表面活性剂的临界胶束浓度，用cmc表示。临界胶束浓度（cmc）的测量方法：
(1) 电导率法
此种方法基于这样的事实，即溶液中的带电子粒子在电场中要受到电场力的作用而发生移动，正离子向负电极移动，负离子向正电极运动。但此法只限于测定离子表面活性剂。用电导率对浓度作图，曲线的转折点的浓度即为cmc。此法对于高表面活性的表面活性剂准确性较高，灵敏度较好。但对于cmc较大的表面活性剂灵敏度则较差。过量的无机盐存在于溶液中，会大大降低测定的灵敏度。
(2) 增溶法
非极性有机物如烃类在稀表面活性剂溶液中一般不溶解，当表面活性剂浓度超过cmc时溶解度剧增，这就是不溶物在表面活性剂溶液中的加溶作用。根据加溶作用发生前后，体系浊度的变化来测定cmc，这种方法简单，但准确度不高。
(3) 染料法
利用某些染料在水中和在胶团中的颜色有明显差别的性质，可采用滴定的方法测定cmc，这种方法简便易行。实验时，先在一确定浓度（>cmc）的表面活性剂溶液中加入很少的染料，染料即被加溶于胶团中，呈现某些颜色。再用滴定的方法用水将此溶液稀释，直至颜色发生显著的变化，此时溶液的浓度即为cmc，只要找到合适的染料，此法非常的方便。但有时颜色变化不显著使的cmc测定困难，且灵敏度、准确度也较差。
(4) 光散射法
表面活性剂单个分子或离子在溶液中发生缔合时，溶液的散射光强度增加，利用光散射——浓度曲线中的突变点来确定cmc，此方法要求溶液非常的干净，任何的尘埃质点都会对测定产生显著的影响。
(5) 表面张力法
表面活性剂水溶液的表面张力开始随溶液浓度急剧下降，达到一定的浓度（cmc）则变化缓慢或不再变化。因此常用表面张力——浓度对数曲线的转折点来确定cmc。此方法还可以同时求出表面吸附等温线。此方法的优点是无论对高表面活性还是低表面活性的表面活性剂，cmc的测定都有相似的灵敏度。而其它一些方法的灵敏度则随着cmc的增加而下降。此法不受无机盐的干扰，也适合非离子表面活性剂。但当有少量的极性有机物（高表面活性的脂肪醇、酸等）存在时，表面张力——浓度对数曲线往往出现最低点，不易确定转折点与cmc。
本次实验采用表面张力法来测定临界胶束浓度。表面活性剂水溶液的表面张力开始随溶液浓度的降低而急剧下降，达到一定的浓度后，表面张力变化缓慢或不再变化。因此可用表面张力对浓度作图确定cmc——曲线的转折点。
由图3.6可知，该阴离子表面活性剂的临界胶束浓度为0.0628g/mL。

3.7.2 表面张力的测定

表 3.2表面张力测定的实验数据记录
所配溶液的序号

浓 度
单 位: g/ml
表面张力
单 位： mN/m
水溶液
0.000
62.177
1号溶液
0.0035
44.219
2号溶液
0.0073
41.826
3号溶液
0.0156
40.765
4号溶液
0.0313
37.614
5号溶液
0.0625
36.404
6号溶液
0.1250
34.827
7号溶液
0.2500
33.715
8号溶液
0.5000
32.804
9号溶液
1.0000
31.522
10号溶液
2．0000
31.393

图3.6表面张力与浓度关系图
由以上数据可知：水溶液中加入该不同浓度表面活性剂后，溶液表面张力均有所降低，说明表面活性剂可以有效的降低表面张力。且随着表面活性剂浓度的增大，溶液的表面张力急剧减小，当表面活性剂浓度达到某一数值时，表面张力变化缓慢。
3.7.3 等电点的测定
两性表面活性剂和天然两性化合物如氨基酸、蛋白质一样，在分子中同时含有不可分离的正负电荷中心，因而在溶液中显示出独特的等电点性，这是与其它类型表面活性剂的最大和最根本的区别。
在外界电场作用下，以阴离子形式存在的两性表面活性剂会向阳极移动，而以阳离子形式存在的两性表面活性剂将会向阴极迁移。但是，以内盐形式存在的两性表面活性剂在外界电场中既不会向阳极迁移也不会阴极迁移。因此，与此种无迁移状态相应的PH值就被称作两性表面活性剂的等电点（PI）。
方法一：直接测定阴、阳离子向阳极或阴极的迁移率来决定两性表面活性剂的等电点。
方法二：用PH滴定的方法获得等电点，此时由对强酸－强碱中和曲线的偏离来确定两性表面活性剂的等电区域。其中测定中和曲线的方法之一是在100ml5％的两性表面活性剂溶液中用NaOH调节体系PH>12，再用1mol/LHCl进行滴定，做PH-盐酸体积图得中和曲线。
比较起来第二种方法更易于操作，因此采用第二种方法获得该表面活性剂的中和曲线。
3.7.4 泡沫稳定性的测定
配制5％的试样，取0.2g产品溶于40ml蒸溜水中，摇匀。在室温下，用移液管移取40ml质量分数0.5％的试样放入具有塞子的100m