十六烷基三甲基氯化铵与直接蓝199的相互作用.pdf

第30卷第9期
应用化学
Vol30 Iss. 9
2013年9月
CHINESE JOURNAL OF APPLIED CHEMISTRY
p.2013
十六烷基三甲基氯化铵与直接蓝199的相互作用
刘代明房宽峻”蔡玉青
(纤维新材料与现代纺织国家重点实验室培育基地,青岛大学化学化工与环境学院青岛26071)
摘要采用吸收光谱法和电导率法,研究了阳离子表面活性剂十六烷基三甲基氯化铵(CTAC)与直接蓝
199(DB199)的相互作用。实验结果表明,当CTAC的浓度低于临界胶束浓度(CMC)时,混合溶液的电导率随
CTAC浓度变化曲线与理论计算曲线基本吻合;高于CMC时,CTAC溶液中有80.88%的C~吸附在胶束的表
面,当加入染料之后数量会降至78.48%。混合溶液的最大吸收波长(Am)随着CTAC浓度的增加先发生蓝
移后红移。Am处吸光度随着CTAC的浓度增大先下降后上升。
关键词电导率,相互作用,DB199,聚集
中图分类号:0641;0646
文献标识码:A
文章编号:1000-0518(2013)09-105406
DOI:10.3724/SP.J.1095.2013.20545
近年来,烷基季铵盐类阳离子表面活性剂发展较快,用途日益扩大,重要性也愈来愈明显,现已作为
织物柔软剂、染料固色剂、抗静电剂和阳离子乳液聚合乳化剂等在工业上广泛应用。直接蓝199
(DB199)是一种铜酞菁类直接染料,常被用于纺织印染行业中的棉织物的染色与印花,也适用于麻、蚕
丝、粘胶和锦纶等织物的印花和轧染,并且在涂料、油漆和喷墨打印机墨水等方面也有着广泛的应用,其
不仅色泽鲜艳,而且耐晒牢度高,是直接染料中的一个优秀品种。表面活性剂与染料是印染行业的两
大基础,在纺织品印染行业中,研究表面活性剂与染料的相互作用对于优化工艺和开发新型助剂等方面
具有重要的理论指导意义。同时,表面活性剂与染料的相互作用在生物科技、新能源和化学分析等方面
也具有重要的理论指导意义(23?。
研究表面活性剂与染料相互作用的方法很多,主要有吸收光谱法、表面张力法、核磁共振、Zeta电位
测量法和电导率法等,其中吸收光谱法最为常用。Ai等?利用吸收光谱法研究了 Gemini型阳离子
表面活性剂和十二烷基三甲基氯化铵(DTAB)与2种偶氮染料(刚果红和甲基橙)的相互作用,发现了
Gemini型阳离子表面活性剂使得刚果红的最大吸收波长(A。)会红移而甲基橙则会蓝移,表面活性剂
和染料的分子结构对于二者的相互作用起着决定性的作用。 Mohammad等?通过光谱法研究了刚果红
与十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)的相互作用,发现刚果红的入m随着CTAB浓度增大先蓝移后红移。
Akbas和 Tanerie?通过光谱法研究了不同烷基链长度的阳离子表面活性剂(十二烷基三甲基氯化铵,十
四烷基三甲基氯化铵,十六烷基三甲基氯化铵,十八烷基三甲基氯化铵)与C.I.活性橙16的相互作用,
发现烷基链越长的表面活性剂越容易与染料发生结合形成离子对。
电导率法被广泛用于研究离子之间的相互作用。电导率法是检测溶液中不同离子或粒子对溶液体
系导电能力影响的一种简单和快速的方法,实验得到的电导率数据是溶液中所有粒子导电性质的综合
表现”。 Bracko和 Span利用电导率的方法研究了阳离子表面活性剂(十二烷基氯化吡啶和十六烷基
氯化吡啶)与阴离子染料C.I.酸性橙7之间的相互作用,通过建立2种计算模型分别计算了平衡常数,
第一种模型是通过计算溶液电导率的理论值与实际值的差值来计算平衡常数,第二种模型则是利用在
表面活性剂的阳离子数恰好等于染料阴离子数时的平衡点的离解度来计算平衡常数。2种模型的数值
虽然存在差距,但是得到了一致的结论:离子对的形成受温度和表面活性剂链长度影响,温度越低或烷
基链越长,更容易形成离子对。 Akbasx和 Kartal?也用电导率法和相同计算方法研究了阴离子染料
2012-11-22收稿,20130304修回
国家自然科学基金资助项目(51173086);生态纺织教育部重点实验室(东华大学)开放基金项目(ECO-ZD2011-0011);山东省自然
科学基金支持(Y2008B62)
通讯联系人:房宽峻,教授;Te/Fax:05329595609;E- mail kuanjunfang(@gnil,com;研究方向:绿色纺织化学与染整新技术
第9期
刘代明等:十六烷基三甲基氯化铵与直接蓝199的相互作用
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C.I.活性橙16分别与CTAB和DTAB的相互作用,结果表明,表面活性剂的疏水链越长越容易与染料
阴离子结合。电导率也常用来研究表面活性剂的聚集和吸附,特别在计算表面活性剂在乳胶粒表面吸
附方面有着重要的应用")。
本文建立了基于十六烷基三甲基氯化铵(CTAC)浓度变化的电导率计算模型,得到了电导率随着
CTAC浓度变化的理论曲线,同时计算出了CTAC的摩尔电导率和加入染料前后胶東的摩尔电导率。
利用光谱法观察混合溶液(染料浓度固定)的吸收光谱中最大吸收波长和最大吸收波长处吸光度变化。
本文主要通过电导率法的定量计算和光谱法的定性分析研究了CTAC与DB199的相互作用。
1实验部分
试剂和仪器
C.1.直接蓝199(DB199),纯度在98%以上,铜酞菁结构染料,青岛染料厂提供,结构如 Scheme1所
示;十六烷基三甲基氯化铵(CTAC),分析纯,天津市福晨化学试剂厂。FE30型电导率仪(梅特勒托
利多(上海)仪器有限公司);UV755B型紫外可见光分光光度计(上海佑科精密科学仪器公司)。
CTAC
DB199
SO.NH
Scheme I Structures of the dye and surfactant
1.2实验方法
实验方法主要有2种,一种是电导率法,在常压条件下,利用电导率仪测量每组待测液的电导率,电
导率仪温度自动补偿到25℃,测量时,溶液体积需淹没整个电极,插入电极之后静置2~3min读数;另
一种是分光光度法,混合溶液静置1h后,采用光程为1cm的石英比色皿,在波长为500~700nm范围
内测量混合溶液的吸光度,分光光度计的内部温度始终保持在25℃。
2结果与讨论
2.1理论分析
Kohlrausch提出了“离子独立运动定律”:在无限稀释时,所有电解质均完全电离且相互作用力
消失,每一种离子的迁移速度仅取决于该离子的本性而与共存的其它离子的性质无关。在无限稀释的
条件下,强电解质分子的极限摩尔电导率A。与正、负离子的极限摩尔电导率(A:、A6),遵循下式:
式中,c,、a_分别代表分子中阳、阴离子的化学计量数。一定温度下,任一种离子的极限摩尔电导率为
定值。
强电解质CTAC在水溶液中电离:
CTAC→CTA++CI
(2)
根据式(1),可以得到:
CTA++A
Kohlrausch从大量电导实验中观察到:对强电解质来说,在较低的浓度范围内,CTAC溶液的摩尔电
导率A与CTAC的摩尔浓度c遵循经验式(4)】,即
式中,B为经验常数。从式(4)可以看出,当浓度无限稀释时,溶液的摩尔电导率与电解质分子的极限
摩尔电导率是相等的。