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苯乙烯丙烯酸共聚物分散剂在氟铃脲颗粒界面的吸附性能

2024-06-08 来源:易榕旅网
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V01.302009年2月高等学校化学学报CHEMICALJOURNALOFCHINESEUNIVERSITIESNo.2332~336苯乙烯丙烯酸共聚物分散剂在氟铃脲颗粒界面的吸附性能庄占兴1”,路福绥1,陈甜甜1,刘月1,罗万春1(1.山东农业大学化学与材料科学学院,泰安271018;2.山东省农药研究所,济南250100)摘要利用残余质量浓度法、f电位测定、红外光谱和XPS法系统地研究了苯乙烯丙烯酸共聚物(MOTAS)分散剂在氟铃脲颗粒界面的吸附量、吸附状态、f电位、吸附作用力和吸附层厚度等性能.实验结果表明,MOTAS分散剂在氟铃脲界面的吸附符合Langmuir吸附等温式,其饱和吸附量和吸附平衡常数k、f电位和吸附层厚度均随MOTAS分散剂相对分子量增加而增大,MOTAS分散剂在氟铃脲界面呈多点吸附,氢键是分散剂分子与氟铃脲界面结合的重要作用力.分析实验结果发现,MOTAS分散剂在氟铃脲颗粒界面吸附后具有静电排斥和空间位阻双重作用.关键词氟铃脲;苯乙烯丙烯酸共聚物分散剂;吸附;f电位;吸附层厚度;分散稳定性中图分类号0648文献标识码A文章编号0251-0790(2009)02-0332-05氟铃脲(Hexaflumuron)是苯甲酰脲类杀虫剂,对鳞翅目害虫具有很高的活性,主要用于蔬菜和果树害虫的防治,其杀虫机理是抑制昆虫几丁质的合成,具有毒性低,选择性强,对益虫及其天敌影响小等优点,目前使用的主要剂型是以有机溶剂二甲苯等为载体的5%乳油(Emulsifyingconcentrate,Ec)¨。J.随着人们环保意识的13益增强,以有机溶剂为主要载体的乳油将逐步受到限制,安全、环保和价格低廉的水基性制剂越来越受到重视H曲j,水悬浮剂(Suspensionconcentrate,SC)是20世纪70年代发展起来的一种农药新剂型L7J,近年来国内外对于悬浮剂的研究和开发已经做了许多工作哺一0。,但由于农药制剂是综合了多学科成果的边缘学科,农药水悬浮剂普遍存在的析水、稠化、沉积、结块等贮存物理稳定性等问题没有从根本上得到解决,这与农药水悬浮剂关键技术(如分散稳定机理等)的基础理论研究不足有关_1’12J.我们在研制氟铃脲水悬浮剂时发现,苯乙烯丙烯酸共聚物(MOTAS)分散剂对氟铃脲水悬浮剂具有较好的分散稳定性,为了揭示MOTAS分散剂对氟铃脲水悬浮剂分散稳定性机理,本文系统地研究了MOTAS分散剂在氟铃脲颗粒界面的吸附量、吸附作用力以及吸附层厚度等吸附性能,分析了不同分子量的苯乙烯丙烯酸共聚物分散剂对其吸附性能的影响,为开发稳定的农药水悬浮剂提供实验数据和理论指导.1实验部分96%氟铃脲原药由山东省安丘玉成农化有限公司提供,按照文献[13]方法提纯后,用高效液相色1.1氟铃脲与分散剂谱(HPLC)测定其含量为99.8%,用超微粉碎设备粉碎至425目(粒径为33肛m),得氟铃脲原粉(结构见Scheme1).将MOTAS(英国卜内门公司)分散剂经过阴阳离子交换树脂进行纯化,除去无机盐和少量水溶性小分子,用凝胶渗透色谱法(WatersAlliance2695{F,.液相色谱系统,2410示差折光检测器,Sh。dex802凝胶渗透色谱柱,溶剂为磷酸盐缓冲溶液,分子量校正标样为聚乙二醇)测得其重均分子量(M。)为16214,数均分子量收稿R期:2008旬5-25.(雾roNHc0NH飞雾[:cF'cHF’^、StructureofScheme1hexaflumuron基金项目:教育部高等学校博士学科点专项研究基金(批准号:20070434006)资助.联系人简介:路福绥,男,教授.博士生导师,主要从事物理化学及其应用研究.E-mail:Ifs@sdau.edu.cn万方数据www.51zhgao.com

No.2庄占兴等:苯乙烯丙烯酸共聚物分散荆在氟铃脲颗粒界面的吸附性能333(肘。)为7290,多分散指数(Mw/M。)为2.22.1.2MOTAS分散剂的超滤分级超滤膜(北京旭邦膜有限公司),蠕动泵型号为CL-25,中空纤维膜.采用超滤实验装置将MOTAS分散剂溶液进行分级,超滤膜截留分子量分别为10000和30000两种规格,将MOTAS溶液分离提纯为分子量小于10000,10000—30000和大于300003种级分;而用MOTAS表示纯化的未作分子量分级的混合物.1.3红外光谱及吸附量和吸附等温线的测量取一定质量氟铃脲原粉置于100mL10g/L的分散剂溶液中,置于恒温摇床上于25℃振荡5Nicoleth,使氟铃脲在分散剂溶液中达到吸附平衡.然后将悬浮液用高速离心机离心,将下层滤饼经真空干燥后,利用NicoletNexus670型傅里叶红外光谱仪(Thermo品用溴化钾压片.用残余质量浓度法测量氟铃脲颗粒的表观吸附量.准确称取一定量的氟铃脲原粉于锥形瓶中,加入一定质量浓度的MOTAS分散剂溶液,用塞子封闭后于设定温度下在恒温摇床上振荡5h,使其达到吸附平衡.取少量悬浮液经高速离心分出上层清液,稀释上清液使其符合紫外分光光度计的测量范围,测定其质量浓度.同时作空白实验以校正由于氟铃脲样浸泡过程中的溶出物对紫外吸收的干扰.由分散剂原溶液与吸附平衡后溶液的质量浓度差按下式计算氟铃脲原粉对分散剂的静态吸附量:F=[(C0一ct+CM。。k)×VJ/m(1)式中,J'为吸附量(mg/g);c。为原分散剂溶液的质量浓度(g/L);c。为吸附平衡后溶液的质量浓度(g/L);Cbl砒为氟铃脲空白样紫外测出的质量浓度(g/L);V为溶液总体积(mL);m为氟铃脲原粉质量(g).1.4Corp,USA生产)测定其红外光谱,样f电位和分散剂吸附层厚度的测定分别配制一系列不同质量分数的分散剂溶液,在50mL溶液中加入0.1g氟铃脲原粉,搅拌均匀,静置5rain后用JS94H型微电泳仪(上海中晨数字技术设备有限公司)测定体系的f电位.采用PHl5300型x射线光电子能谱仪(Perkin—ElmerCorp,美国生产,以Al的特征肠射线为x射线源,光电子能量为1486.6eV)测定分散剂在氟铃脲界面的吸附层厚度,通过测量吸附分散剂前后F,,光电子经过氟铃脲界面后强度的衰减程度,由下式计算分散剂的吸附层厚度¨4’”J:b=A(Ek)[一ln(Ib/]o)]为b的吸附层后的光电子强度.(2)式中,b为吸附层厚(nm);A(E。)为光电子的平均逸出深度(nm);to为初始光电子强度;厶为经过厚度2结果与讨论2.1吸附分散剂前后氟铃脲表面的m谱图分析图1为氟铃脲吸附MOTAS分散剂前后的红外光谱.由图1可见,吸附了分散剂的氟铃脲的红外光谱图与未吸附分散剂的氟铃脲红外光谱图相比,其一NH吸收峰由3417cm叫处移至3408cm~,表明氟铃脲界面的一NH基团与分散剂分子中的一cOOH基团之间存在较强的氢键作用‘16,173.氢键是分散剂MOTAS与氟铃脲界面结合的主要作用力.2.2分散剂在氟铃脲水界面的吸附等温线在25℃下测定了不同分子量MOTAS分散剂在氟铃脲界面的吸附等温线,结果如图2所示.可№.1InfraredspectraofhexallumuronwithOr以看出,分散剂MOTAS在氟铃脲界面的吸附量随着其平衡浓度的增加先是直线上升,在浓度较高时withoutadsorbedMOTAS4・MOTA¥;bhexallumuron;c・htsqLantlIlaliIDn+I-IOTAS・万方数据www.51zhgao.com

334高等学校化学学报V01.30出现一个平台,吸附等温线接近Langmuir型,可以认为分散剂MOTAS在氟铃脲界面的吸附为单分子层吸附:181.Langmuir吸附模型:∥厂。=kc/(1+J|}c)muir平衡常数.利用Langmuir等温吸附方程对图26∞(3)式中,,为吸附量(ms/g);F。为平衡时的饱和吸附量(ms/g);C为平衡质量浓度(ms/L);k为Lang—中的数据进行拟合,可以求得吸附平衡常数k和饱和吸附量f。,结果列于表1.由表l可见,不同分子量的分散剂MOTAS在氟铃脲界面吸附数据用Langmuir方程拟合相关系数砰均大于0.97,说明拟合相关度较高.对比不同分子量分散剂的饱和吸附量r;可以看出,随着分散剂MOTAS分子量的增大,其在氟铃脲界面的饱和吸附量增大,分别为4.576,6.167和6.173ms/g,而纯化混合的MOTAS在氟铃脲表面的饱和彗4耋3ooE-1々《0Fig.2onhexaflumuron吸附量为5.943ms/g,不同分子量的MOTAS和纯化混合的MOTAS在氟铃脲表面的平衡常数k分别为0.00708,0.00909,0.01516和0.00974,这表明MOTAS随着分子量的增加在氟铃脲表面的吸附能力增强.表明随着分散剂MOTAS分子量的增大,分子中吸附基团数增大,其在氟铃脲界面的吸附位点数增多,吸附能力增强,这说明分散剂MOTAS在氟铃脲界面的吸附很町能为多点吸附.Table1DispemantMOTAS<10000K0.00974ParametersforLangmuirisothermadsorptionequationR20.9935o.9968lF。/(mg・g。1)5.9434.576DispersantK0.009090.01516r蕾/(mg・g一‘)6.1676.173R20000--30000>30()000.97080.9791o.00708Victor等。伸1认为研究聚合物在胶体颗粒表面的饱和吸附量与分子量的关系町推测其在颗粒表面的吸附形态,对于聚合物在固体颗粒表面吸附,其饱和吸附量与其相对分子质量存在如下关系:F。=J|}M。(4)由表l的数据,利用式(4)求出理=0.3948,说明MOTAS分散剂在氟铃脲表面的吸附状态介于垂直(a=1)与水平(a=0)之间,且Ot<0.5,应该属于多点吸附.2.3不同分子量分散剂对氟铃脲表面f电位的影响为了揭示分散剂MOTAS在氟铃脲颗粒界面吸附对氟铃脲颗粒界面带电性质的影响,测定了氟铃脲水分散体系的f电位随溶液中MOTAS分散剂质量分数的变化曲线,结果如图3所示.由图3可见,随着溶液中MOTAS分散剂质量分数的增加,氟铃脲水分散体系的f电位增大,达到一定值后,均呈下降的趋势.这主要由于当分散剂在颗粒表面的吸附达到饱和时,氟铃脲颗粒界面的电位不再变化,再增加分散剂的质量分数,剩余的分子分布在扩散层中,分散剂分子中的反相离子将进人吸附层,压缩双电层,使颗粒表面的f电位下降.Fig.3Dispersantmass=)焉.fraction/(mg’L。)onEffectofdispersantsfpotential分子量小于10000的分散剂MOTAS在氟铃脲表面吸附量较小,其f电位较小;吸附分子量大于30000分散剂的氟铃脲界面的f电位略低于吸附分子量在10000~30000分散剂MOTAS的氟铃脲界面的f电位,可能是随着MOTAS分散剂分子量的增加,电离基团在分子中的相对含量减少所致.2.4分散剂MOTAS在氟铃脲表面吸附层厚度的测定采用X光电子能谱法测定吸附MOTAS前后氟铃脲表面的XPS元素扫描图,结果如图4所示.由图4可见,吸附了分散剂MOTAS后的氟铃脲表面的C峰和O峰吸收强度明显增强,F峰吸收强度则万方数据www.51zhgao.com

No.2庄占兴等:苯乙烯丙烯酸共聚物分散剂在氟铃脲颗粒界面的吸附性能335减弱.这是由于分散剂MOTAS分子中的c,O含量高于氟铃脲,所以吸附了MOTAS之后氟铃脲表面层的C,O元素含量增加.MOTAS分子中不含F,N,C1元素,吸附了MOTAS后氟铃脲表面的F,N,cl峰仍然存在,这是由于分散剂吸附层薄,吸附层下的氟铃脲中的F,N,cl原子仍可被激发的缘故.Bindingcnerg、7/eVBindingenergy/eVFig.4XPSelementalscanningspectraofhexaflumuronwith(A)orwithout(B)MOTAS由于分散剂分子不含F元素,而氟铃脲含F元素,因此以F作为特征元素,通过测定Fb光电子经过分散剂吸附层后强度的衰减程度,可近似计算出分散剂吸附层的厚度.实验分别测定了未吸附分散剂的氟铃脲及吸附了MOTAS后的氟铃脲表面的F。,的XPS谱图,结果如图5所示.=687.44eVlB)687.83eV(C)687.85eV(D)68783eV(E)68783eV、d.(A)no==;√I\…/\八一√.\一㈧/\——/\一/\——√I\._r^I/\640680720760680720760680720760680720760680720760Bindingener93/eVFig・5Fl,XPSelementalscanningspectraofhexaflumuronwithorwithoutadsorbedMOTAS(A)Hexaflumuron;(B)hexaflumuron+MOTAS;(C)hexaflumuron+MOTAS(<10000);(D)hexaflumuron+MOTAS(10000--30000);(E)hexaflumuron+MOTAS(>30000).由图5可知,与未吸附分散剂的氟铃脲相比,吸附了分散剂MOTAS的氟铃脲后,Fh光电子谱强度明显降低.对吸附MOTAS前后的峰面积进行积分,可计算出通过吸附层后的光电子强度和起始光电子强度的比值,根据公式(2)计算出MOTAS在氟铃脲表面的吸附层厚度,未分级MOTAS以及分子量小于10000,10000—30000和大于30000三种级分在氟铃脲表面的吸附层厚度分别为8.00,3.09,8.78和9.24Hill.由此可见,随着MOTAS分散剂分子量的增大,其吸附层厚度增加.3结论MOTAS分散剂在氟铃脲界面的吸附为单分子层吸附,且符合Langmuir吸附等温式,其饱和吸附量、吸附平衡常数k和吸附层厚度均随分散剂分子量增加而增大,MOTAS分散剂在氟铃脲界面呈多点吸附,氢键是分散剂分子与氟铃脲界面结合的主要作用力.说明在农药水悬浮剂的研制中,分散剂分子中含有能与药物分子形成氢键的基团是分散剂在药物界面稳定吸附的基础,其饱和吸附量可作为水悬浮剂中分散剂用量的依据.MOTAS分散剂在氟铃脲界面吸附后其∈电位增大,且其吸附层厚度随着MOTAS分散剂分子量的增加而增大,说明MOTAS分散剂吸附后能在氟铃脲颗粒界面形成一定厚度的保护膜,具有静电排斥和空间位阻双重作用,从而维持氟铃脲水悬浮剂的分散稳定性,分子量较大的MOTAS分散剂在氟铃脲界面形成的保护膜较厚,对氟铃脲水悬浮剂的稳定分散效果较好.参考文献[1]ZHANGHeng—Min(张恒敏).H卸dbookofPesticideProducts(农药商品手册)[M],Shenyang:ShenyangPress,1999:392—393[2]SONGYu-Quan(朱玉泉),FANDeng-Jin(范登进),ZHANGHong(张宏)。捌a1..Pesticides(农药)[J],1996,35(9):lO—14[3]InstituteforControlofAgriehemieals,MinistryofAgriculture,People’sRepublicofChina(中华人民共和国农业部农药检定所).Pesti-tideManagementInformationCompendium(农药管理信息汇编)[M],Beijing:ChinaA研cuttundP唧,2008万方数据www.51zhgao.com

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