十二烷基磺基甜菜堿與其它類(lèi)型表面活性劑的相互作用.pdf

1、表面活性劑是一種具有兩親結(jié)構(gòu)、能夠在界面上富集、顯著改變界面性質(zhì)并能在體相中形成多種聚集體的特殊物質(zhì)。相界面廣泛存在于自然界和生物體中，與人類(lèi)的生命現(xiàn)象、工業(yè)生產(chǎn)和日常生活密切相關(guān)。由于表面活性劑能夠調(diào)控界面性質(zhì)以及在界面上發(fā)生的生產(chǎn)工藝過(guò)程，因此在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、科學(xué)研究和仿生科學(xué)中具有重要作用。 兩性表面活性劑不僅具有陰、陽(yáng)離子表面活性劑的性能，而且具有許多獨(dú)特之處，例如，低毒性和對(duì)皮膚及眼睛的低刺激性，良好的生物降解性，基本上

2、無(wú)公害和污染，而且具有耐硬水及高濃度電解質(zhì)性能。但由于兩性表面活性劑研究起步較晚，且制備和純化方面有一定難度，成本較高，使其研究和應(yīng)用受到限制。近年來(lái)，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，尤其是人們對(duì)溫和型日化產(chǎn)品及環(huán)境保護(hù)的要求日益高漲，因而對(duì)兩性表面活性劑的研究與開(kāi)發(fā)興趣倍增，不僅在數(shù)量上顯著增多，而且品種也在迅速增多，現(xiàn)已成為近年來(lái)發(fā)展最快的一類(lèi)表面活性劑。 本文以?xún)尚噪x子表面活性劑十二烷基磺基甜菜堿(SB-12)為研究對(duì)象，通過(guò)表面張力

3、、熒光光譜、界面吸附量等測(cè)定研究了SB-12與非離子表面活性劑TritonX-100(TX-100)、陰離子表面活性劑SDS、陽(yáng)離子表面活性劑CTAB復(fù)配后表面張力和CMC的變化規(guī)律，考察了不同無(wú)機(jī)鹽對(duì)復(fù)配體系表面活性的影響，并利用物理化學(xué)原理對(duì)有關(guān)現(xiàn)象作了討論。以期對(duì)兩性離子表面活性劑的復(fù)配應(yīng)用提供一些基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。 一、SB-12與非離子表面活性劑TritonX-100的相互作用 由十二烷基磺基甜菜堿SB-12與TX-1

4、00混合溶液的表面張力等溫線(xiàn)可以判斷，兩種表面活性劑能夠形成混合膠團(tuán)，兩者混合后體系的表面張力介于兩單一組分之間，SB-12和TX-100分子之間的相互作用與表面活性劑同系物具有相似之處，但比同系物之間的相互作用要強(qiáng)。通過(guò)二元表面活性劑的相互作用參數(shù)β的計(jì)算可以推斷，無(wú)論在膠團(tuán)中還是在表面層中SB-12和TX-100分子之間的相互作用均較弱，并且在吸附層顯示不出增效作用。無(wú)機(jī)鹽對(duì)混合體系的表面活性影響不大，混合溶液仍然具有較好的抗鹽性能

5、。 我們研究了SB-12對(duì)TX-100濁點(diǎn)(Tp)的影響，實(shí)驗(yàn)顯示，SB-12的加入可以使TX-100的Tp顯著提高，并且與SB-12的加入濃度基本成線(xiàn)性關(guān)系，這也說(shuō)明了兩種表面活性劑之間存在相互作用。 SB-12、TX-100以及兩種表面活性劑混合溶液在聚乙烯表面上的吸附等溫線(xiàn)屬于Langmiur型吸附。含有無(wú)機(jī)鹽時(shí)，鹽的加入不僅使SB-12的最大吸附量上升，而且吸附等溫線(xiàn)的形狀發(fā)生了變化，尤其是鹽的濃度達(dá)到0.1mo

6、l·L-1時(shí)等溫線(xiàn)類(lèi)似于LS型，即出現(xiàn)兩個(gè)平臺(tái)，第一個(gè)平臺(tái)低于未加鹽時(shí)的最大飽和吸附量，第二個(gè)平臺(tái)對(duì)應(yīng)的吸附量高于未加鹽時(shí)的最大飽和吸附量。鹽的存在對(duì)TX-100的飽和吸附量影響不大，但是達(dá)到最大吸附所需要的表面活性劑濃度明顯減小，即吸附效率明顯提高，并且鹽的濃度由0.005mol·L-1上升到0.1mol·L-1時(shí)，吸附等溫線(xiàn)幾乎沒(méi)有差別。對(duì)于二者的混合體系，含有無(wú)機(jī)鹽與否，其吸附等溫線(xiàn)變化很小，飽和吸附量幾乎一致，只是二價(jià)陰離子存在

7、時(shí)達(dá)到飽和吸附的表面活性劑濃度略有升高?？梢哉f(shuō)，無(wú)機(jī)鹽對(duì)SB-12/TX-100混合溶液在聚乙烯表面的吸附?jīng)]有影響。 熒光光譜研究表明，混合體系的疏水因子I3/I1值均小于單一表面活性劑體系的I3/I1值，似乎混合膠團(tuán)比單一表面活性劑形成的膠團(tuán)的極性要強(qiáng)。由熒光猝滅反應(yīng)可知，表面活性劑形成膠束的聚集數(shù)隨著表面活性劑濃度的增大而增加，相同濃度下混合膠束的平均聚集數(shù)大于單一表面活性劑SB-12形成膠束的聚集數(shù)。 二、SB-1

8、2與陰離子表面活性劑SDS的相互作用 SB-12與SDS混合溶液的表面張力等溫線(xiàn)顯示，SB-12和SDS復(fù)配后表面活性劑分子形成膠束的能力增強(qiáng)了，CMC值均比單一表面活性劑的要小。相互作用參數(shù)β均為較大的負(fù)值，說(shuō)明兩種表面活性劑分子之間存在強(qiáng)的相互作用，即顯示出較強(qiáng)的復(fù)配增效作用。 所研究體系的熒光光譜實(shí)驗(yàn)結(jié)果均表明，表面張力法和熒光法測(cè)得的CMC值符合得相當(dāng)好，熒光法測(cè)的CMC值略低于表面張力法得到的數(shù)據(jù)。各種濃度比例

9、下的混合體系的I3/I1值均大大小于單一表面活性劑體系的I3/I1值。 考察了無(wú)機(jī)鹽對(duì)混合體系表面活性的影響，發(fā)現(xiàn)無(wú)機(jī)鹽的存在能促進(jìn)膠束的形成，使CMC減小，而且不同價(jià)態(tài)的無(wú)機(jī)鹽對(duì)復(fù)配表面活性劑混合體系的影響亦不同，在降低CMC值的能力上，NaCl≈Na2SO4＜MgCl2＜AlCl3。 三、SB-12與陽(yáng)離子表面活性劑CTAB的相互作用 SB-12與十六烷基三甲基溴化銨(CTAB)水溶液混合能夠形成混合膠束，兩

10、種表面活性劑分子之間存在極弱的相互作用，在各種濃度比例中，SB-12與CTAB的相互作用參數(shù)βs、βM均為較小的負(fù)值甚至為正值。鹽的存在能促進(jìn)膠束的形成，使CTAB以及混合體系的臨界膠團(tuán)濃度CMC有明顯降低。表面張力法和熒光法測(cè)得的CMC值同樣符合得相當(dāng)好，熒光法測(cè)的CMC值略低于表面張力法得到的數(shù)據(jù)。 利用量子化學(xué)從頭算方法計(jì)算了SB-12分子的電荷分布，結(jié)果表明，SB-12分子顯示正電性，因而易與荷負(fù)電的SDS分子締合，兩者

11、之間的靜電引力和疏水力共同作用的結(jié)果導(dǎo)致其顯示出較強(qiáng)的復(fù)配增效作用。SB-12分子與非離子表面活性劑之間的相互作用大于SB-12/CTAB體系。這從理論上也解釋了實(shí)驗(yàn)的結(jié)果。 本論文的創(chuàng)新之處在于選用在所有pH范圍內(nèi)均顯示兩性離子型的SB-12為研究對(duì)象，通過(guò)界面活性測(cè)定及相互作用參數(shù)計(jì)算并結(jié)合量子化學(xué)從頭算方法比較了其與陰離子、陽(yáng)離子和非離子表面活性劑的復(fù)配規(guī)律。結(jié)果證明，以往文獻(xiàn)中報(bào)道的兩性表面活性劑“幾乎可以與所有其它類(lèi)型