2.3反应条件优化

根据以上单因素影响的分析结果，本文采用正交试验优化BEOTSS的合成工艺条件。以反应时间（A）、反应温度（B）、n（BEO）∶n（MDHM）（C）、催化剂用量（D）为影响因素，MDHM转化率为评价指标，采用L9（34）进行正交试验，因素水平见表2，试验方案及结果见表3。

表2正交试验的因素水平

表3正交试验方案及结果

根据极差R的大小，确定各因素对反应转化率影响的大小顺序为：反应温度B＞反应时间A＞催化剂用量D＞原料配比C。通过正交试验结果确定钌催化合成工艺的最优方案为A 2 B 3 C 2 D 3，即反应时间6.0 h、反应温度100℃、n（BEO）∶n（MDHM）为1.05∶1、催化剂用量30 mg/kg。

为验证工艺的稳定性，在以上优化条件下进行3次重复实验，测得MDHM转化率分别为99.00%、99.02%、99.05%，实验结果相差不大，表明该合成工艺可行。

2.4 BEOTSS的结构表征结果

2.4.1红外光谱

图6（a）为BEOTSS的红外谱图。图中，3 432 cm-1处的吸收峰为CH2OH中—OH的伸缩振动峰，1 630 cm-1的吸收峰为目标产物中C=C的伸缩振动峰；2 960 cm-1和2 875 cm-1处的吸收峰分别为—CH3和—CH2—中C—H键的伸缩振动峰；1 260 cm-1、842 cm-1和752 cm-1处的吸收峰为—OSi（CH3）3的特征峰；1 065 cm-1处的吸收峰为聚醚基中C—O—C的伸缩振动峰，它与1 020~1 080 cm-1处特有的Si—O—Si伸缩振动峰部分重叠，引起Si—O—Si峰形发生不对称变化；1 353 cm-1和1 406 cm-1处的吸收峰为—CH2—中C—H键的变形振动峰。图6（b）为原料与产物的红外谱图比较。图中，3 432 cm-1处的吸收峰为—OH基团的特征峰，原料BEO与产物BEOTSS都有此峰，说明BEO的羟基没有与Si—H反应。MDHM中2 153 cm-1处的吸收峰为Si—H基团的特征峰，而BEO与BEOTSS均没有此峰，说明Si—H加成到BEO的C≡C键，形成C=C双键（其特征峰在1 630 cm-1处）。以上结果表明本研究成功合成了目标产物BEOTSS。

图6 BEOTSS、MDHM和BEO的FT-IR谱图

2.4.2 1H-NMR谱图

图7为BEOTSS的1H-NMR谱图。根据谱图中的化学位移及积分数据确定化合物中各基团的氢归属，得到以下结果：1H-NMR（400 MHz，CDCl3），δ=6.24~6.16（m，—C=CH—，1H），4.17（m，—CH 2CCHCH 2—，4H），3.72（d，J=5.6 Hz，—CH 2—OH，4H），3.54（t，J=14.6 Hz，—O—CH 2—，4H），0.21（s，—Si（CH 3）3，18H），0.18（s，—SiCH 3，3H）。由于使用氘代氯仿作为溶剂，产物中的2个—OH为活泼氢，在谱图中没有出峰，同时结合红外谱图分析，进一步证明本研究成功合成了目标化合物BEOTSS。

图7 BEOTSS的1H-NMR谱图

2.5 BEOTSS的界面性能

表4为25℃下0.1%BEOTSS水溶液的表面张力，由表4可知，BEOTSS的平均表面张力为22.5 mN/m。图8为BEOTSS的平衡表面张力与浓度对数的关系曲线。经计算，得到BEOTSS的表面活性参数如下：c CMC=4.9×10-5 mol/L，γCMC=22.5 mN/m，Γmax=6.0×10-6 mol/m2，α=0.28 nm2，所得α值与文献［1］报道的三硅氧烷表面活性剂分子的α

（0.31 nm2）接近，说明被吸附的分子形成紧密的单分子层，界面上单个表面活性剂分子所占的平均面积只取决于伞型三硅氧烷的结构和尺寸，属于多甲基结构在水表面紧密排列［1］。自由能ΔGθ为负值（-34.5 kJ/mol），表明此表面活性剂在水溶液中形成胶束的过程可自发进行。由以上结果可以看出，BEOTSS表面活性剂在浓度很低时即可显著降低水的表面张力，表明此类三硅氧烷化合物是一种非常有效的表面活性剂。

表4 0.1%BEOTSS水溶液的表面张力（25℃）

图8 BEOTSS的平衡表面张力与浓度对数的关系

3结论

（1）以三氯化钌为催化剂，BEO和MDHM为原料，成功合成了目标产物BEOTSS；采用正交试验优化了催化反应条件：催化剂用量30 mg/kg，n（BEO）∶n（MDHM）为1.05∶1，反应时间6.0 h，反应温度100℃，在此工艺条件下MDHM转化率可达99%。

（2）25℃下0.1%BEOTSS水溶液的表面张力为22.5 mN/m，临界胶束浓度为4.9×10-5 mol/L，表明BEOTSS在浓度很低时可显著降低水的表面张力，具有优良的表面活性。