雙子表面活性劑與陰離子表面活性劑復(fù)配性能研究

邵國泉，朱 惠，張晴晴，沈 悅，王利利，王 婕，馬 偉，閆 攀，汪小強，馬繼龍*

（1.亳州學(xué)院 中藥學(xué)院，安徽 亳州 236800；2.安徽合大環(huán)境檢測有限公司，安徽 合肥 230601）

Bunton等率先對雙子表面活性劑進行了開創(chuàng)性的探索。Deinega等合成了一族新型兩親分子，其分子結(jié)構(gòu)順序為：長的碳?xì)滏?、離子頭基、聯(lián)接基團、第二個離子頭基、第二個碳?xì)滏?。Okahara等合成并研究了柔性基團聯(lián)接離子頭基的若干雙烷烴鏈表面活性劑[1-3]。Menger合成了雙烷烴鏈表面活性劑，將這個類型的雙親分子命名為Gemini表面活性劑。Huo等對不同的雙子表面活性劑進行了研究。趙劍曦等對Gemini表面活性劑進行了研究。目前雙子表面活性劑的研究和應(yīng)用受到關(guān)注[4-5]。近幾年表面活性劑可通過復(fù)配達到增效作用和協(xié)同作用，其目的是提高表面活性劑配方的性能，提高經(jīng)濟效益[1-3,14-17]。

1 雙子表面活性劑的結(jié)構(gòu)

1.1 表面活性劑的結(jié)構(gòu)

表面活性劑分子是一種雙親分子，通常由碳?xì)滏溁蚬柰榛?、硅氧基或碳氟鏈?gòu)成疏水基和親水、疏油的極性基團構(gòu)成親水基團構(gòu)成，具有既親油又親水的雙親性質(zhì)，如圖1。

圖1 表面活性劑兩親示意圖

1.2 雙子表面活性劑的結(jié)構(gòu)

由圖2可以看出，Gemini表面活性劑中含有2個親水基和2條疏水鏈，通過聯(lián)結(jié)基團連結(jié)在一起。雙子表面活性劑被譽為“新一代表面活性劑”，成為表面活性劑的一個活躍研究領(lǐng)域[3]。

圖2 Gemini表面活性劑結(jié)構(gòu)示意圖

2 實驗材料與方法

2.1 實驗試劑

十二烷基磺酸鈉（化學(xué)純），國藥集團化學(xué)試劑有限公司，二次重結(jié)晶。

雙子表面活性劑Gemini-0116，安徽吉米鈉環(huán)?？萍奸_發(fā)有限公司，純度符合實驗要求。

2.2 主要儀器

JK99B型全自動張力儀，上海中晨數(shù)字技術(shù)設(shè)備有限公司。

JC2000Y型接觸角/界面張力儀，上海中晨數(shù)字技術(shù)設(shè)備有限公司。

2.3 表面活性劑復(fù)配性能研究方法

此實驗研究的復(fù)配體系是十二烷基磺酸鈉SDS與新開發(fā)的雙子表面活性劑以摩爾質(zhì)量比為1∶1復(fù)配的體系，進行性能研究，包括其的表面張力、CMC、乳化力、起泡力、潤濕性能。將雙子表面活性劑的性能、普通表面活性劑十二烷基磺酸鈉、復(fù)配體進行比較。所有實驗均在室溫下進行。

2.4 表面張力和CMC的研究方法

首先分別測量十二烷基磺酸鈉、雙子表面活性劑：配制0.1 mol/L的十二烷基磺酸鈉水溶液和0.01 mol/L的雙子表面活性劑水溶液，改變濃度，測定表面張力，根據(jù)所得數(shù)據(jù)作γ-lg C曲線，得到體系臨界膠束濃度(critical micelle concentration，CMC)[8]。

再分別配制0.01 mol/L的十二烷基磺酸鈉水溶液和0.01 mol/L的雙子表面活性劑水溶液50 mL。將兩者混合，混合后體系的總濃度為0.01 mol，體積為100 mL。取樣測量其表面張力。取樣稀釋成不同濃度的混合水溶液，測量不同濃度下改變濃度，測定表面張力，根據(jù)所得數(shù)據(jù)，得到復(fù)配體系CMC[8]。

2.5 乳化性能研究方法

首先將十二烷基磺酸鈉，雙子表面活性劑用蒸餾水分別配制成質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.2%，0.4%，0.5%，0.6%，0.8%，1%的水溶液。采用量筒法測定乳化性能：用移液管移取40 mL樣品溶液，放入有玻璃塞的錐形瓶，再由移液管移取40 mL煤油至錐形瓶。用捏緊玻璃塞，振蕩5～10次，靜置并重復(fù)。將乳液移至100 mL特制的具塞量筒中，記錄時間，此時水油兩相逐漸分開，水相徐徐出現(xiàn)，至水相分出10 mL時，記錄分出時間，做五組，取平均值。分出時間作為乳化力的相對比較[10-11]。

再配制以雙子表面活性劑在體系中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 0.2%、0.4%、0.5%、0.6%、0.8%、1%的 1∶1復(fù)配體系溶液，同樣采用量筒法測定乳化性能[10-11]。

2.6 起泡性能研究方法

首先將十二烷基磺酸鈉，雙子表面活性劑用蒸餾水分別配制成質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.2%，0.4%，0.5%，0.6%，0.8%，1%的水溶液。采用試管振蕩法測定：室溫下，在100 mL具塞刻度試管中加入15 mL的待測溶液。用力振蕩50次。記錄液體起泡體積，然后靜置，記錄間隔5 min后的泡沫體積[12]。

配制以雙子在體系中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.2%、0.4%、0.5%、0.6%、0.8%、1%的1∶1復(fù)配體系溶液，同樣采用試管振蕩法測定：室溫下，在100 mL具塞刻度試管中加入15 mL的待測溶液。用力振蕩50次。記錄液體起泡體積，然后靜置，記錄間隔5 min后的泡沫體積[12]。

2.7 潤濕性能研究

將十二烷基磺酸鈉，雙子表面活性劑用蒸餾水分別配制成質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.2%，0.4%，0.5%，0.6%，0.8%，1%的水溶液以及配制以雙子在體系中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.2%、0.4%、0.5%、0.6%、0.8%、1%的1∶1復(fù)配體系溶液。在室溫下，用微量注射器在載玻片表面（載玻片已用蒸餾水反復(fù)清洗并真空烘干）滴加一滴表面活性劑液滴，測出表面活性劑溶液的靜態(tài)接觸角[13]。

3 結(jié)果與討論

3.1 表面張力和CMC

測得不同濃度下十二烷基磺酸鈉水溶液、雙子水溶液以及復(fù)配體系的表面張力γ-lg C關(guān)系曲線見圖3～5；γ及CMC見表1。

表1 不同表面活性劑的CMC和表面張力

圖3 十二烷基磺酸鈉水溶液的γ-lg C關(guān)系曲線

通過上圖2、3和表1比較可得，企業(yè)新開發(fā)的雙子表面活性劑的表面活性有市場應(yīng)用價值。從圖6和表1可知，1∶1復(fù)配體系的CMC比兩者都小，表面張力也小，復(fù)配產(chǎn)生了正的加和增效作用，降低了表面張力和臨界膠束濃度。

圖4 雙子表面活性劑水溶液的γ-lg C關(guān)系曲線

圖5 復(fù)配體系的γ-lg C關(guān)系曲線

3.2 乳化性能測定

用2.5實驗方法測得十二烷基磺酸鈉、雙子表面活性劑以及復(fù)配體系不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的水溶液的分層時間圖如圖6。

圖6 復(fù)配體系和兩種表面活性劑水溶液的γ-lg C關(guān)系曲線

由圖6可知，隨表面活性劑含量的增加，表面活性劑體系分出水相的時間越長。將三種體系進行綜合比較，分水時間越長，乳化性能越好。

由圖6可知新開發(fā)的雙子表面活性劑的乳化性能好，遠(yuǎn)比陰離子表面活性劑的乳化性能強，適宜作為乳化劑。同樣可得到，在乳化性能方面，復(fù)配體系也產(chǎn)生了正的加和增效作用了，隨雙子的質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，分水時間越長。乳化能力越強。

3.3 起泡性能測定

用2.6實驗方法測得十二烷基磺酸鈉、雙子表面活性劑和復(fù)配體系不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)水溶液的起泡體積和5 min后的泡沫體積，如圖7。

圖8以雙子在體系中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)表示的復(fù)配體系和兩種表面活性劑的起泡性能比較起泡體積越大，起泡能力越強，5 min后剩余泡沫體積越大穩(wěn)定性就越好。由圖可知，新開發(fā)的雙子表面活性劑起泡性能差，穩(wěn)定性也不好，不適宜做發(fā)泡劑。復(fù)配以后產(chǎn)生的是負(fù)的加和增效作用，起泡能力小，穩(wěn)定性好。

圖7 以雙子在體系中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)表示的復(fù)配體系和兩種表面活性劑的乳化時間

圖8 三種不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)水溶液的起泡體積和5 min后的泡沫體積

3.4 潤濕性能測定

由2.7實驗方法測得十二烷基磺酸鈉、雙子表面活性劑和復(fù)配體系不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)水溶液的接觸角如表2。

表2 幾種表面活性劑在載玻片上的接觸角

由表2可得，企業(yè)新開發(fā)的雙子表面活性劑的接觸角小，潤濕性能好，有工業(yè)市場有應(yīng)用價值。從表2中還可以看出，將新開發(fā)的雙子表面活性劑與十二烷基磺酸鈉進行1∶1復(fù)配，在潤濕性能方面產(chǎn)生了正的加和增效作用。接觸角越小，潤濕性能越好。

4 小結(jié)

通過對企業(yè)新開發(fā)的雙子表面活性劑研究，可以得出：所研究的雙子表面活性劑具有很低的CMC值和很高的界面活性，與普通陰離子表面活性劑界面張力方面的協(xié)同效應(yīng)，能在較寬的范圍內(nèi)保證具有超低界面張力10-3～10-4mN/m，達到理想的驅(qū)油效果，有望成為三次采油用的高效驅(qū)油劑。新開發(fā)的雙子表面活性劑具有很好的乳化能力，和潤濕性能，其復(fù)配體系在乳化性能方面也產(chǎn)生了正的加和增效作用；可達到很好的乳化、潤濕、滲透效果，可用于紡織、化妝品的乳化、潤濕劑。此雙子表面活性劑的起泡能力較差，其復(fù)配體系的起泡能力更差，不適宜做起泡劑。