DMC-AM-BA 三元共聚物的應用性能

蘇 耿，姜亞潔，鞠洪斌，王亞魁，於水新，駱曄媛，耿 濤

（1.中國日用化學工業研究院，山西太原 030001；2.上海艾肯化工科技有限公司，上海 200333）

高分子表面活性劑已被廣泛用作分散劑、絮凝劑、乳化劑、膠體保護劑等，用于石油勘探、醫藥、LB膜、涂料、蛋白質中［1-3］，是小分子表面活性劑無法替代的。由于其性能獨特，應用前景廣泛，聚合物表面活性劑發展迅速，已成為表面活性劑家族中的重要成員。本文通過乳液聚合方式合成DMC-AM-BA 三元共聚物，并對其進行紅外、核磁表征，同時研究其表面張力、界面張力、對織物的抗靜電能力和對頭發的梳理能力。

1 實驗

1.1 試劑

甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨（DMC，80%，工業品，山東萬多鑫化工有限公司），丙烯酰胺（AM，98%，工業品，鑫甬生物化工股份有限公司），丙烯酸丁酯（BA，99%，化學純，阿拉丁試劑有限公司），十六烷基三甲基溴化銨（CTAB，化學純，西亞試劑有限公司），K2S2O8（化學純，天大化學實驗廠），聚酯布和腈綸布（上海持盈化工儀器科技有限公司），頭發（高端理發店，尚未燙染）。

1.2 DMC-AM-BA 的制備

在裝有機械攪拌器、氮氣入口、氮氣出口和冷凝器的250 mL 四口燒瓶中依次加入15.00 g DMC、4.08 g AM、0.30 g CTAB、3.20 g BA 和57.42 g 水，引入氮氣直至反應完成；升溫至65 ℃，添加0.12 g K2S2O8，65 ℃保持4 h，冷卻至室溫，乙醇洗滌多次，在真空烘箱中干燥一段時間，得到DMC-AM-BA（結構式如下）。

1.3 測試

1.3.1 表征

采用KBr 壓片后進行FT-IR 測試，以D2O 為溶劑進行1H NMR 測試。

1.3.2 平衡表面張力

采用K12表面張力計（德國克魯斯），通過吊環法在（25.0±0.1）℃下測量，測量3 次取平均值。每次測量前用蒸餾水洗滌吊環并進行火焰處理，測量3 次蒸餾水的表面張力以校準［（72.0±0.2）mN/m］。

1.3.3 油/水界面張力

采用TX-500C 界面張力計（美國KINO 公司），在（30.0±0.5）℃下測試DMC-AM-BA 水溶液與煤油的動態界面張力，旋轉速率3 000 r/min。

1.3.4 抗靜電性能

根據GB/T 16801—1997 用數字式高阻測試儀測試［4］。測試前用中性干肥皂片洗滌織物，并切成100 mm×100 mm 大小，室溫下在DMC-AM-BA 水溶液中浸泡10 min，在空氣中干燥3 h，再45 ℃干燥4 h。表面電阻Rs由儀器測試；表面比電阻ρs=2πRsln d/D，式中，D 為環形保護電極內徑，cm；d 為測量電極直徑，cm；π 取3.141 6。抗靜電劑的性能好壞，由處理后的織物表面比電阻（Δρs）或表面比電阻對數值（Δlg ρs）表示，數值越大，抗靜電性能越好。

1.3.5 干摩擦能力

首先用去離子水洗滌頭發，然后將頭發浸入0.5%DMC-AM-BA 水溶液中3 min，取出后用水沖洗1 次，自然干燥后用纖維摩擦系數測試儀測試干摩擦系數μ，同時進行空白對照，每根頭發重復測量3 次，取平均值。

式中，μ0、μ1分別表示頭發處理前后的摩擦系數。Δμ值越大，處理效果越好，頭發的梳理性越好。

2 結果與討論

2.1 表征

2.1.1 紅外光譜

由圖1 可以看出，1 654 cm-1處為CO 的伸縮振動吸收峰，2 925 cm-1處為—CH3和—CH2—的伸縮振動吸收峰，1 264 cm-1處為C—O—C 的伸縮振動吸收峰，945 cm-1處為季銨鹽的特征峰。由此可知DMCAM-BA 已被成功制備。

圖1 DMC-AM-BA 的紅外光譜圖

2.1.2 1H NMR

由圖2 可以看出，4.42（O—CH2），3.65（N—CH2），3.15［s，N—(CH3)3］，2.25～1.50（長鏈CH2—CH），1.20～0.80（DMC：C—CH3和BA：CH2—CH2—CH3）。由此可知DMC-AM-BA 已被成功制備。

圖2 DMC-AM-BA 的1H NMR 譜圖

2.2 平衡表面張力

圖3 為298.15 K 時DMC-AM-BA 溶液表面張力與質量濃度的關系圖。由于BA 中疏水鏈段—C4H9太短，溶液表面張力只能降到47.88 mN/m（γcmc為4 597 mg/L）［5］。從平衡表面張力可以看出DMC-AM-BA 具有親油性，因此得出DMC-AM-BA 在油水界面上的界面張力。

圖3 DMC-AM-BA 溶液表面張力與質量濃度關系

2.3 油/水界面張力

2.3.1 DMC-AM-BA 溶液的油/水界面張力

由圖4 可以看出，DMC-AM-BA 溶液的動態界面張力值在5 min 內達到平衡，2.5 g/L 時界面張力值達到最小值0.4 mN/m。DMC-AM-BA 溶液和煤油之間具有動態界面張力，這可能是因為BA 與有機相之間具有良好的相容性，可以有效降低DMC-AM-BA 溶液和煤油間的界面張力［6］。

圖4 DMC-AM-BA 溶液和煤油間的界面張力

2.3.2 電解質對油/水界面張力的影響

由圖5 可以看出，在不同的電解質質量濃度下，界面張力可以在5 min 內達到平衡。電解質可以降低油/水界面張力。

圖5 電解質質量濃度對DMC-AM-BA溶液和煤油間界面張力的影響

這是因為電解質可以壓縮陽離子表面活性劑界面附近的雙電層，并減少界面處吸附的陽離子表面活性劑之間的靜電排斥，從而將更多的DMC-AMBA 分子轉移至界面，降低界面張力［7］。

2.4 抗靜電性

由表1 可看出，處理后的腈綸布和聚酯布Δlg ρs分別降低了4.24 和4.44，大于GB/T 16801—1997 中的降低要求（2.50），證明DMC-AM-BA 具有一定的抗靜電能力。同時用去離子水對處理后的聚酯布進行1 min/次的漂洗，水洗3 次后聚酯布仍具有抗靜電性（如圖6所示）。

表1 DMC-AM-BA 對不同纖維布的抗靜電能力

圖6 水洗次數對聚酯布抗靜電性的影響

2.5 干摩擦性能

DMC-AM-BA 對頭發摩擦系數的影響見表2。

表2 DMC-AM-BA 對頭發摩擦系數的影響

由表2 可知，DMC-AM-BA 溶液處理的頭發摩擦系數比去離子水處理低，Δμ 明顯大于去離子水處理，說明DMC-AM-BA 溶液對頭發有較好的梳理性。

3 結論

以AM、DMC、BA 為單體，通過乳液合成制備了DMC-AM-BA。DMC-AM-BA 質量濃度為4 597 mg/L時，表面張力為47.88 mN/m，2.5 g/L 時油/水界面張力為0.4 mN/m；經2 g/L DMC-AM-BA 處理后，聚酯布和腈綸布表面比電阻對數值分別降低了4.44 和4.24，大于GB/T 16801—1997 要求的2.50，且DMC-AM-BA對頭發具有一定的梳理性。