DMC-AM-BA 三元共聚物的应用性能

苏 耿，姜亚洁，鞠洪斌，王亚魁，於水新，骆晔媛，耿 涛

（1.中国日用化学工业研究院，山西太原 030001；2.上海艾肯化工科技有限公司，上海 200333）

高分子表面活性剂已被广泛用作分散剂、絮凝剂、乳化剂、胶体保护剂等，用于石油勘探、医药、LB膜、涂料、蛋白质中［1-3］，是小分子表面活性剂无法替代的。由于其性能独特，应用前景广泛，聚合物表面活性剂发展迅速，已成为表面活性剂家族中的重要成员。本文通过乳液聚合方式合成DMC-AM-BA 三元共聚物，并对其进行红外、核磁表征，同时研究其表面张力、界面张力、对织物的抗静电能力和对头发的梳理能力。

1 实验

1.1 试剂

甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵（DMC，80%，工业品，山东万多鑫化工有限公司），丙烯酰胺（AM，98%，工业品，鑫甬生物化工股份有限公司），丙烯酸丁酯（BA，99%，化学纯，阿拉丁试剂有限公司），十六烷基三甲基溴化铵（CTAB，化学纯，西亚试剂有限公司），K2S2O8（化学纯，天大化学实验厂），聚酯布和腈纶布（上海持盈化工仪器科技有限公司），头发（高端理发店，尚未烫染）。

1.2 DMC-AM-BA 的制备

在装有机械搅拌器、氮气入口、氮气出口和冷凝器的250 mL 四口烧瓶中依次加入15.00 g DMC、4.08 g AM、0.30 g CTAB、3.20 g BA 和57.42 g 水，引入氮气直至反应完成；升温至65 ℃，添加0.12 g K2S2O8，65 ℃保持4 h，冷却至室温，乙醇洗涤多次，在真空烘箱中干燥一段时间，得到DMC-AM-BA（结构式如下）。

1.3 测试

1.3.1 表征

采用KBr 压片后进行FT-IR 测试，以D2O 为溶剂进行1H NMR 测试。

1.3.2 平衡表面张力

采用K12表面张力计（德国克鲁斯），通过吊环法在（25.0±0.1）℃下测量，测量3 次取平均值。每次测量前用蒸馏水洗涤吊环并进行火焰处理，测量3 次蒸馏水的表面张力以校准［（72.0±0.2）mN/m］。

1.3.3 油/水界面张力

采用TX-500C 界面张力计（美国KINO 公司），在（30.0±0.5）℃下测试DMC-AM-BA 水溶液与煤油的动态界面张力，旋转速率3 000 r/min。

1.3.4 抗静电性能

根据GB/T 16801—1997 用数字式高阻测试仪测试［4］。测试前用中性干肥皂片洗涤织物，并切成100 mm×100 mm 大小，室温下在DMC-AM-BA 水溶液中浸泡10 min，在空气中干燥3 h，再45 ℃干燥4 h。表面电阻Rs由仪器测试；表面比电阻ρs=2πRsln d/D，式中，D 为环形保护电极内径，cm；d 为测量电极直径，cm；π 取3.141 6。抗静电剂的性能好坏，由处理后的织物表面比电阻（Δρs）或表面比电阻对数值（Δlg ρs）表示，数值越大，抗静电性能越好。

1.3.5 干摩擦能力

首先用去离子水洗涤头发，然后将头发浸入0.5%DMC-AM-BA 水溶液中3 min，取出后用水冲洗1 次，自然干燥后用纤维摩擦系数测试仪测试干摩擦系数μ，同时进行空白对照，每根头发重复测量3 次，取平均值。

式中，μ0、μ1分别表示头发处理前后的摩擦系数。Δμ值越大，处理效果越好，头发的梳理性越好。

2 结果与讨论

2.1 表征

2.1.1 红外光谱

由图1 可以看出，1 654 cm-1处为CO 的伸缩振动吸收峰，2 925 cm-1处为—CH3和—CH2—的伸缩振动吸收峰，1 264 cm-1处为C—O—C 的伸缩振动吸收峰，945 cm-1处为季铵盐的特征峰。由此可知DMCAM-BA 已被成功制备。

图1 DMC-AM-BA 的红外光谱图

2.1.2 1H NMR

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

图2 DMC-AM-BA 的1H NMR 谱图

2.2 平衡表面张力

图3 为298.15 K 时DMC-AM-BA 溶液表面张力与质量浓度的关系图。由于BA 中疏水链段—C4H9太短，溶液表面张力只能降到47.88 mN/m（γcmc为4 597 mg/L）［5］。从平衡表面张力可以看出DMC-AM-BA 具有亲油性，因此得出DMC-AM-BA 在油水界面上的界面张力。

图3 DMC-AM-BA 溶液表面张力与质量浓度关系

2.3 油/水界面张力

2.3.1 DMC-AM-BA 溶液的油/水界面张力

由图4 可以看出，DMC-AM-BA 溶液的动态界面张力值在5 min 内达到平衡，2.5 g/L 时界面张力值达到最小值0.4 mN/m。DMC-AM-BA 溶液和煤油之间具有动态界面张力，这可能是因为BA 与有机相之间具有良好的相容性，可以有效降低DMC-AM-BA 溶液和煤油间的界面张力［6］。

图4 DMC-AM-BA 溶液和煤油间的界面张力

2.3.2 电解质对油/水界面张力的影响

由图5 可以看出，在不同的电解质质量浓度下，界面张力可以在5 min 内达到平衡。电解质可以降低油/水界面张力。

图5 电解质质量浓度对DMC-AM-BA溶液和煤油间界面张力的影响

这是因为电解质可以压缩阳离子表面活性剂界面附近的双电层，并减少界面处吸附的阳离子表面活性剂之间的静电排斥，从而将更多的DMC-AMBA 分子转移至界面，降低界面张力［7］。

2.4 抗静电性

由表1 可看出，处理后的腈纶布和聚酯布Δlg ρs分别降低了4.24 和4.44，大于GB/T 16801—1997 中的降低要求（2.50），证明DMC-AM-BA 具有一定的抗静电能力。同时用去离子水对处理后的聚酯布进行1 min/次的漂洗，水洗3 次后聚酯布仍具有抗静电性（如图6所示）。

表1 DMC-AM-BA 对不同纤维布的抗静电能力

图6 水洗次数对聚酯布抗静电性的影响

2.5 干摩擦性能

DMC-AM-BA 对头发摩擦系数的影响见表2。

表2 DMC-AM-BA 对头发摩擦系数的影响

由表2 可知，DMC-AM-BA 溶液处理的头发摩擦系数比去离子水处理低，Δμ 明显大于去离子水处理，说明DMC-AM-BA 溶液对头发有较好的梳理性。

3 结论

以AM、DMC、BA 为单体，通过乳液合成制备了DMC-AM-BA。DMC-AM-BA 质量浓度为4 597 mg/L时，表面张力为47.88 mN/m，2.5 g/L 时油/水界面张力为0.4 mN/m；经2 g/L DMC-AM-BA 处理后，聚酯布和腈纶布表面比电阻对数值分别降低了4.44 和4.24，大于GB/T 16801—1997 要求的2.50，且DMC-AM-BA对头发具有一定的梳理性。