1實驗部分

1.1試劑與儀器

全氟丁基磺酰氟（w=96%）、3-二甲胺-1-丙胺（w=99%）、溴乙酸（w≥98%）、2-溴乙基磺酸（w≥95%）、2-溴乙基膦酸（w=95%）、己烷磺酸鈉（w=98%），上海麥克林生化科技有限公司；三乙胺（w=98%）、二氯甲烷（w=99.5%）、無水乙醇（w=99.5%）、環(huán)己烷（w=99.5%），成都金山化學(xué)試劑有限公司；航空煤油、95#汽油，中國航空油料集團有限公司。所有的水溶液均采用去離子水進行配制。

A601全自動表面張力儀，芬蘭Kibron公司；JPM2012A全自動泡沫分析儀，上海中晨數(shù)字技術(shù)設(shè)備有限公司。

1.2實驗方法

1.2.1甜菜堿短鏈氟碳表面活性劑的制備

分別接枝羧基、磺酸基、膦酸基的三種短鏈氟碳表面活性劑進行制備，所得三種甜菜堿氟碳表面活性劑的分子式分別為C4F9SO2NH（CH2）3N+（CH3）2CH2COO-、C4F9SO2NH（CH2）3N+（CH3）2CH2CH2SO3-和C4F9SO2NH（CH2）3N+（CH3）2CH2CH2PO（OH）O-（分別記為C4-Ac、C4-sa和C4-pa），制備方程式如圖1所示。整個合成過程采用兩步法，第一步以二氯甲烷作溶劑，將三乙胺和3-二甲胺-1-丙胺以1∶1的摩爾比在充滿氮氣的圓底燒瓶中混合均勻。然后在冰浴條件下緩慢滴加全氟丁基磺酰氟，用量為3-二甲胺-1-丙胺的0.85倍。滴加結(jié)束后，將反應(yīng)溶液在25℃下繼續(xù)攪拌6 h。得到白色固體沉淀為中間體C4F9SO2NH（CH2）3N（CH3）2。第二步，將分離的中間體在氮氣氣氛中加入燒瓶中，加入無水乙醇和氫氧化鈉。在回流條件下將1.5倍于中間體摩爾量的溴乙酸（2-溴乙基磺酸或2-溴乙基膦酸）緩慢滴加到反應(yīng)溶液中，最終目標產(chǎn)物在冰乙醚中重結(jié)晶分離。

圖1甜菜堿短鏈氟碳表面活性劑C4F9SO2NH（CH2）3N+（CH3）2-R-的合成流程圖（其中R分別為CH2COO,CH2CH2SO3,CH2CH2P（OH）O2）

1.2.2表面張力測定實驗

表面活性劑溶液與空氣之間的表面張力由表面張力儀通過鉑金板法測定。基于三種氟碳表面活性劑的單一體系（C4-Ac、C4-sa、C4-pa），配制了一系列不同濃度（0.3~10 mmol/L）的表面活性劑溶液。分別測定不同濃度的各氟碳表面活性劑溶液在0，20和40℃下的表面張力，再通過作圖計算得到不同溫度下的臨界膠束濃度（cmc）。

1.2.3鋪展能力實驗

表面活性劑溶液與燃油之間的界面張力由表面張力儀通過鉑金板法測定，進而確定各鋪展體系的鋪展系數(shù)。為進一步測定表面活性劑在燃油表面的鋪展性能，參照文獻[24]方法在矩形長條狀的不銹鋼槽中研究了氟碳表面活性劑溶液在幾種燃油上的鋪展能力。將航空煤油、環(huán)己烷和95#汽油分別加入實驗室自制鋪展槽內(nèi)，然后用微量移液槍移取定量的表面活性劑溶液，從不銹鋼鋪展槽的一端緩慢均勻地滴加到燃料表面。從第一滴表面活性劑溶液覆蓋在燃油上至鋪展至某處的時間記為鋪展時間，從接觸燃油表面的位置開始，溶液在表面鋪展的距離記為鋪展長度。

1.2.4發(fā)泡倍數(shù)和析液時間測定實驗

利用全自動泡沫分析儀測定了各表面活性劑溶液的發(fā)泡倍數(shù)和25%析液時間。將濃度在cmc時各表面活性劑溶液取10 mL轉(zhuǎn)移至全自動泡沫分析儀的專用量筒中，通過量筒底部的多孔篩網(wǎng)通入空氣進行發(fā)泡，發(fā)泡1 min后記錄發(fā)泡倍數(shù)，并測量從完全發(fā)泡至泡沫開始破裂析出25%質(zhì)量分數(shù)的溶液所需時間，記為25%析液時間。