糖苷基季铵盐与α烯基磺酸钠复配体系的表面活性.docx

糖苷基季铵盐与仪一烯基磺酸钠复配体系的表面活性王金涛，王万绪，王丰收，杜志平(中国日用化学工业研究院，太原山西030001)摘要：研究了糖苷基季铵盐(capg)与a一烯基磺酸钠(a0s)复配体系的稳定性以及在表面和溶液中的相互作用。结果 表明，复配体系具有很好的稳定性，在形成胶束的能力、降低表面张力的效能及效率方面均有显著的提高，当n(capg)：n(a0s)=l：l时增效作用最为明显，其cmc，(临界胶束浓度)、7一(临界胶束浓度时的表面张力)和c。：钟(表面张力为40 mnm一时表面活性剂的总浓度)分别为44lom01l，249 mnm。和17 x 10m01l，混合表面活性剂在表面和胶束中的相互作用参数卢。和卢。分别为一1593和一1429，表现出很好的协同效应。 关键词：糖苷基季铵盐；a一烯基磺酸钠；复配体系；表面活性；协同作用中图分类号：tq423 文献标识码：a 文章编号：100l一1803(2009)030162一04surface activity of blend systems based on glucosidyl quaternaryammoiiium salt and alphaolefin sulfonatewang jintao，wang w粕一，wang fengshou，du zhiping(chim research i璐titute of daily chemical indus仃y，taiyu彻，shanxi 03000l，china)abstract：stabilit)，and interactions 0f blend systems of誊ucosidyl quatemary ammonium salt(capg)and alphaolefin sulfbnate (aos) weie studiedresults shorwed that blend systems not only display good stability，but alsigniflcant improvement for efficacy舳d efeiciency of micelle fo丌ilation and sudace tension loweringat condition of n(capg)：凡(aos)=1：l，the synergic e仃毫ct i8 at tlle highest and tiie critical micelle concentration(cmct)，the surface tension(，。眦)and the overall concentration when surf如e tension of aqueouslution reduced 40 mnm1(c。：柏)is 44lomoll_。，249 mnmand 17105 moll一1 iespectively7nle molecular interaction parameter卢仃and卢m achieves 一1593 and 一1429 respectively，which also renects good syne晒smkey words：西ucosidyl quatemary a姗onium salt；alphaole6n sulfbnateblend systems；su出lce acti、血y；syne哂sm阴、阳离子表面活性剂混合溶液具有单一表面活 头之间结合得过于紧密-81；加入其他助表面活性 性剂无法比拟的高表面活性。j。这主要是由于正负 剂0|。 离子极性头之间强烈的静电吸引作用，使得混合表面 糖苷基季铵盐表面活性剂是以天然可再生的葡萄 活性剂疏水链密度增大，易于在表面吸附及在溶液中 糖为原料合成的一类新型的绿色表面活性剂(结构式 自聚【4 j。但是由于正负电荷之间强烈的电性中和，混 如下)，其结构中不仅具有非离子型的葡萄糖亲水基，合体系的水溶液极不稳定，一旦浓度超过cmc以后，而且具有阳离子型的季铵盐亲水基，是一种多功能型 很容易产生沉淀或分相析出而失去表面活性j。复合表面活性。国外20世纪末就开始研究11|，国内 为了解决阴、阳离子复配问题，前期的科研工作者近几年才开始关注21。与传统的阳离子表面活性剂 们想了很多办法：降低疏水链的长度，增加其在水中的相比，由于葡萄糖单元的引入不仅增加了极性头基的 溶解度1；增大极性头基的体积，防止正负离子极性截面积，而且加大了在水中的溶解度，因此，从结构上收稿日期：2009一01一06：修回日期：20090216 作者简介：王金涛(1982一)，男，湖北人，硕j：研究生，电话mail：kaoymqiongtao163c。 通讯联系人：王万绪，教授级高工，电话：(0351)4046676，email：ridciw163com。162 万方数据第3期 王金涛等：糖苷基季铵盐与a一烯基磺酸钠复配体系的表面活性御究与开域看糖苷基季铵盐在解决阴、阳离子复配稳定性方面会 为110mo卜l。1时溶液呈现半透明，并有蓝色乳 有很大的提高。通过对其与a一烯基磺酸钠复配性能 光。其他条件下混合溶液均为无色透明，由此可以看 的研究，发现糖苷基季铵盐与“一烯基磺酸钠的复配出复配体系在很大的范围内可以稳定存在，表现出很 稳定性好，且在表面和胶束中的相互作用参数凤和好的稳定性。理论上说，极性头较小的表面活性剂容 卢。均大大小于零，表现出很好的协同增效作用。 易形成聚集数大的长棒状胶束4，并不断长大，最终 导致分相或沉淀；而极性头较大的表画活性剂则易形h成球状胶束，在溶液黏度很大时亦不会出现分相或沉o c h 0c hc h chcn，c mm淀。阴、阳离子表面活性剂复配，因电性中和，极性头n截面积大大降低，易形成网络结构的棒状胶束，浓度增(r=c12c14，n=12)高时转变成絮团或沉淀。实验中使用的糖苷基季铵盐1实验部分 由于在阳离子极性头上引入葡萄糖单元使阳离子的亲 水头位阻增加，增加了电性屏蔽作用，减弱了阴、阳离11主要试剂及仪器子结合的紧密度，亦即增加了阴、阳离子复合物极性头 的截面积，使之较难向棒状胶束转化，因而不易产生沉糖苷基季铵盐副(capg，粗产品用丙酮洗涤5淀或分相。同时，由于葡萄糖具有多个羟基，能与水分 次，产品的表面张力与浓度的对数曲线无最低点，表明子形成氢键，也增加了其在水中的溶解度。无高表面活性杂质存在)，自制；a一烯基磺酸钠 表l capgaos复配体系的透光率(aos，c14c 平均相对分子质量315，97)，cp，中 t曲1 transmittance of capgaos blend systems国台湾新日化股份有限公司。uv一1600型紫外可见 分光光度计，北京瑞利分析仪器公司；k12型表面(界 面)张力仪，德国l锄ss公司。12实验方法121复配溶液稳定性 分别配制不同总活性物浓度下，n(capg)：n(aos)分别为o：1，1：5，l：2，1：l，2：1，5：1和1：o的溶 22复配体系在气液界面上的吸附液，振荡使其混合均匀，于室温下静置24 h，用紫外可 表面活性剂由于碳氢链的疏水作用会优先在表面 见分光光度计检测溶液的透光率，进而判断溶液的稳 吸附，从而使气液界面的表面张力降低。衡量表面活 定性。 性剂降低表面张力的能力可用效率(使水溶液的表面122溶液表面张力的测定及咖c和。的确定张力降低到一定值所需要表面活性剂的浓度)和效能 采用wilhelmy板法，25下测定不同浓度c下样 (表面活性剂的表面张力可达到的最低值)来表示【l5i。品水溶液的表面张力y，并绘制7一lg c的关系曲线， 图1显示了表面活性剂aos，capg以及capgaos 转折点处相应的浓度为cmc，相应的表面张力为7。 复配体系的ylg c关系曲线。由图i可以看出，复配体系，一lg c的关系曲线在所测浓度范围内只出现一2结果与讨论个拐点，表明其在混合溶液中均能形成混合胶束。由y一19 c的关系曲线可以计算出7r=40 mnm。1时表21复配体系的稳定性面活性剂的浓度c。：和溶液的最低表面张力y。，结表1显示了总活性物浓度分别为1果见表2。复配体系的c。：较单一组分显著降低，约10m01l一11102 m01l一1和1103 moll一1 为单一组分的110一l55；aos和capg单独存在时 时不同摩尔比混合溶液的透光率。由表1可以看出， y。分别为344 mnm“和273 mnm，而复配 只有在n(capg)：，l(aos)=1：1的情况下混合溶液的 后体系的y 降至249 mnm257 mnm一之 透光率才低于90。其中，总活性物浓度为l 间，证明复配体系在降低表面张力的效率和效能方面 lom01l。1时溶液中出现两个互不相溶的液相，上 均有提高。这可能是因为当capg与aos复配后， 相为无色透明的稀溶液，下相为半透明的黏稠状溶液， capg的分子插入到aos的分子之间，由于正负极性 并有偏光现象，说明溶液中有液晶存在；总活性物浓度 头之间的相互吸引使得气液界面上表面活性剂分子之163 万方数据增。研究与开发。日用化学工业第39卷式中c1。，c：。和c。分别为单组分aos，capg和复 配体系在仃=40 mnm。1时的浓度；菇l和戈2为aos 和capg在混合溶液中的摩尔分数；菇。和第：。为aos 和capg在气液界面上的摩尔分数；茗。+石：=l和 髫l盯+菇2盯=1。由迭代法计算不同摩尔比aos和capg复配体系在气液界面上的相互作用参数卢。，结果见表2。复 配体系的凤均小于零，且l卢。i均大于10，说明aos和 capg在表面上发生了强烈的相互作用。且随着复配 摩尔比的增大，卢。的绝对值先增大再降低，到达1：1时 达到最大，表明等摩尔复配时aos和capg在表面上培(c，mm01l1)的相互作用最强。同时，从表2中还可以看出，在溶液卜o：1卜l：51：2十l：l一2：l卜5：ll：0中过量组分在表面层中的含量也略高，这是由于两组图1 capgaos复配体系的ylg c曲线 分的疏水作用相近，浓度高的组分化学势也越高的缘fi昏1ylg c plots of capgaos blend syste脚故，但由于在吸附层中电性中和起主要作用，因此两组为了证明上述假设，引入gibbs吸附公式【8】，在无分在表面上总是趋向于等摩尔排列旧j。外加盐时，应用公式：l=一(志)(惫)表2 caigaos复配体系的表面化学性质呦2 su舭e chemical pmperties of capgaos blend(1)syst878对于阴、阳离子表面活性剂的复配体系，在无机盐n簧然；：m三im：二一。讽0n(aos)mm01l_1mnm-1一岬ol-m-2删2m一：左：过量或两种表面活性剂混合比不变的情况下，用下列公式：一d尺r=(fm+rm一)dln c=r。ntdln c (2) 式中fm+，rm一和k分别为capg，aos的吸附量 和总吸附量，c为任一组分的浓度。由lk通过公式可求饱和吸附层中表面活性剂分子所占的平均匝积 (a。)，结果见表2，其中0为avogadro常数。a。=1(rm0)(3)由表2的计算结果可以看出，复配体系中表面活23复配体系溶液中胶束的形成性剂在表面层中的平均面积大大小于单一表面活性剂，约等于单一表面活性剂的l2，与上述假设能很好由ylg c的关系曲线可以计算出aos，capg以 的吻合。此外还发现fm和a。的极值未出现在及复配体系在水溶液中的cmc，其结果见表3。aos n(capg)：n(aos)=l：l时，赵剑曦刮在测定 和capg的cmc分别为153 mmoll-1和 c9pphcna与cmtabr混合水溶液的表面吸附时也出 157 mm01l，复配体系的cmc较单一组分显著降 现过此现象。这是冈为混合表面活性剂在向表面扩散 低，约为单一组分的llol35。这可能是因为当 过程中，先到达表面的表面活性剂吸引带异种电荷的capg与aos复配后，capg的分子插入到aos的分 表面活性剂向表面聚集，形成了亚表面层的局部富集子之间，由于电性中和减小了aos极性头之间的排斥 现象，从而造成了表观吸附量增大。但此亚表面层对作用，同时capg和aos的疏水基之间也能通过范德 外表面层的结构不产生明显影响，因此溶液的表面张 华力很好地结合在一起，因而增强了胶束中分子之间 力未出现反常。 的相互吸引力，使胶束更易形成，胶束中分子排列更为 表面活性剂在气液界面上的相互作用参数卢。可紧密，体系cmc更低。另外从熵增加的原理来看，混 由ingram公式【141表示：合胶束形成后，由于表面活性剂分子之间结合得更加ln妥生ln三亟紧密，极性头基之间的空隙更小，致使表面活性剂分子肛等=等周嗣定向水分子减少，自由水分子增多，混乱度增加，也有利于胶束的形成18 j。 万方数据第3期 王金涛等：糖苷基季铵盐与n一烯基磺酸钠复配体系的表面活性渐究与开筏表3 capgaos复配体系的胶团化参数参考文献：7nib3 p咖nete鹉of miceuization of capgaos blend syste瑚1wang y j，eduard0 f mn曲一ideal beha“or ofmixed mioelj鹊ofcali喇c gelini surf砬talltb俩th varyiilg spacer lengtil锄d姐iic 8ur-蠡|ct聃ts：a conductimemc gtiidyj如叻al of molecular liquidb，28142：136142 2肖进新，肖寒，蓝亭，等sds及其与十二烷基三乙基溴化铵混合体系在矿化水中的表面活性j化学学报，2004。62(4)：35l一3543cul z g，canselier j phte如ial蛐d嘲暇鲫pperti黯0f咖e帅iiccatiic咖f砧“mtbinary byste啪jco儿oid polyn埘表面活性剂在胶束中的相互作用参数卢。，可由 sci2000，278：2226rubingh公式1求得：lll旱ln卑4张莹，陈莉，肖进新，等高浓度无机盐对正负离子等摩尔混合表面活性剂表面活性的影响j化学学报，2004，62(16)：149l卢。=鼍：j毕。2广2广(5)j149145李学刚，吴光权，张明晓，等混合表面活性剂的表面活性及加溶髫2m 茹lm能力j物理化学学报，1995，“(8)：758761式中cmclo，cmc20和cmct分别为单组分aos，【6胡尚林，贾烧非，戴乐蓉辛基三甲基溴化铵与辛基硫酸钠混合水capg和复配体系的临界胶束浓度；龙，和菇：为aos和溶液的相行为j物理化学学报，2002，18(10)：920一923capg在混合溶液中的摩尔分数；菇。和菇：。为aos和7肖进新，赵国玺正、负离子表面活性剂混合水溶液的相行为jcapg在胶束中的摩尔分数；龙l+菇2=l，戈l。+髫2。=l。物理化学学报。1995，ll(9)：818823由迭代法计算不同摩尔比aos和capg复配体8赵国玺，肖进新十二烷基季铵盐及其与十二烷基硫酸钠混合溶系在胶束中的相互作用参数p。，结果见表3。由表3液的表面活性j物理化学学报，1995，ll(9)：785790可以看出，复配体系的p。均为负值，表明在胶束中 9丁慧君，田彬，赵国玺正负离子表面活性剂与两性表面活性剂的 aos和capg分子间的相互作用比同种分子间的相互 相互作用j物理化学学报，199l，7(4)：413419 作用强；i卢。l10说明aos和capg分子间的相互作10丁慧君，侯湘玲，赵国玺正负离子表面活性剂与非离子表面活性 用属于强相互作用。在表3中还可以看出，随着复配 剂混合水溶液的相互作用j物理化学学报，1991，12(2)：222摩尔比的增大，卢。的绝对值先增大后降低，到达1：1时226达到最大，说明等摩尔复配时aos和capg在胶束中 11srruart b p，harold l m，j0seph p p，et a1all【oxyl砒ed alkyl 的协同作用最强；同时也证明正负电荷间的吸引力在du嘲ide ether quatemari铭u确ll in pe啪nal cm：us，5138043p 混合胶束中起主要作用，因为在摩尔比为l：l时，正负 19928一11 电荷比也正好为l：l，此时静电吸