2.2.1 样品在不同pH值下的表面张力及黏度分析

不同pH值下的表面张力的测定结果见图1。同时还测定了25℃时原料及其5#改性样品的临界胶束浓度。测定结果为原料木质素的临界胶束浓度为3.26×10⁻²mol/L，改性样品的临界胶束浓度为1.06×10⁻²mol/L，比一些常见季铵盐表面活性剂如十二烷基三甲基氯化铵（临界胶束浓度为2.03×10⁻²mol/L）的表面活性要好。

从图1可以看出，pH值对表面张力的影响较大，pH值为5时表面张力较小，5#样品表面张力最小，表面活性最好。

以改性样品在pH值为5下的表面张力为指标，正交实验结果见表4（0#样品为原料）。因为改性样品为表面活性剂，其表面张力越小，改性效果越好。由极差分析可以看出，影响改性样品表面张力的最主要因素是投料比，其次为反应温度，然后是反应时间，即影响因素的次序是A>C>B。由表4可见，各改性样品的表面张力都比原料小，A₂、B₂和C₃都对应着表面张力最低点，所以正交实验的优化组合为A₂B₂C₃，即m(中间体):m(木质素)=1.0:2.0，反应时间6h，反应温度72℃。因此，改性效果最好的是5#样品。

表4 木质素季铵盐合成正交实验结果

由表4可知，在m(中间体):m(木质素)为1.0:2.0，反应时间为6h，反应温度为72℃条件下制备的5#样品的黏度最大，说明其相对分子质量变化最大，改性效果最好，同时也是表面活性最好的。

2.2.2 样品的红外光谱分析

图2为木质素（a）及其季铵盐改性样品（b）红外光谱图。从图2可以看出，两谱图大部分吸收峰相同，如3600~3300cm⁻¹处出现的强而宽的吸收峰为醇羟基的吸收峰，1642cm⁻¹处出现芳环骨架振动特征吸收峰等。但木质素季铵盐的吸收峰还是发生了一些变化，如木质素在1229cm⁻¹存在酚羟基的特征吸收峰，而在木质素季铵盐中此峰消失。木质素季铵盐在2926cm⁻¹处的长链烷基C-H键伸缩振动吸收峰明显加强，1529cm⁻¹处出现的吸收峰为N-H变形振动吸收峰，在1456cm⁻¹处出现新的峰，是季铵盐中C-N伸缩振动的特征吸收峰，表明改性样品中接上了季铵离子。

3 结论

利用环氧氯丙烷与三甲胺盐酸盐在碱性条件下反应，生成环氧丙基三甲基氯化铵中间体，以此中间体与木质素反应，合成木质素季铵盐表面活性剂。

3.1 环氧丙基三甲基氯化铵中间体合成的正交实验结果表明，中间体合成的最佳工艺条件为：n(环氧氯丙烷):n(三甲胺)=1.0:1.2，反应时间3h，反应温度50℃。

3.2 木质素季铵盐表面活性剂合成的正交实验结果表明，m(中间体):m(木质素)对合成样品的表面张力的影响最大，其次为反应温度，最后是反应时间，其最佳工艺条件为：m(中间体):m(木质素)=1.0:2.0，反应时间6h，反应温度72℃。