基于對(duì)十二烷基硫酸鈉和十二烷基甜菜堿復(fù)配體系的表面活性劑影響的研究

汪寧

(黑龍江工業(yè)學(xué)院，黑龍江 雞西 158100)

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基于對(duì)十二烷基硫酸鈉和十二烷基甜菜堿復(fù)配體系的表面活性劑影響的研究

汪寧

(黑龍江工業(yè)學(xué)院，黑龍江 雞西 158100)

本文研究了陰離子表面活性劑十二烷基硫酸鈉(SDS)和兩性表面活性劑十二烷基甜菜堿(C12BE)復(fù)配體系所形成的三種增效作用，分別是形成膠束能力、降低表面張力效率和降低表面能力。我們從中發(fā)現(xiàn)SDS和C12BE摩爾比值為3:7時(shí)增效顯著，并添加了鹽對(duì)復(fù)配體系表面活性的影響。結(jié)果顯示，添加鹽能夠?qū)е卤砻婊钚蕴岣摺?/p>

十二烷基硫酸鈉；十二烷基甜菜堿；表面張力

在兩性表面活性劑這個(gè)大家族中，SDS是一種產(chǎn)量和用量都非常大的陰離子型表面活性劑，甜菜堿CnH2n-1N+(CH3)2CH2COO-是較為常見溫和型的活性劑，兩者的復(fù)配蘊(yùn)含著極大的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值，本文主要針對(duì)SDS和C12BE復(fù)配后的cmc和表面張力變化規(guī)律，并嘗試加入不同濃度的NaCl試劑觀察復(fù)配體系的表面活性。旨在為表面活性劑的選用提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料。(1)試劑。十二烷基硫酸鈉SDS(日本花王牌進(jìn)口分裝固體，經(jīng)過乙醇二次重結(jié)晶)、十二烷基甜菜堿C12BE(由中國日用化學(xué)工業(yè)研究所提供，質(zhì)量分?jǐn)?shù)約為30%的水溶液，經(jīng)過乙醇二次重結(jié)晶)，NaCl為分析純?cè)噭?2)儀器。選用德國KRUSS公司生產(chǎn)的K12表面張力儀，測(cè)量精度設(shè)置為0.01m·m-1，采用Wilhelmy吊片法連續(xù)滴定測(cè)量表面張力等溫線和cmc。

1.2 方法。把SDS和C12BE依照不同比例復(fù)配，并使用表面張力儀器測(cè)量不同濃度下的表面張力等溫線，確定cmc。利用復(fù)配實(shí)驗(yàn)所確定出SDS和C12BE的最佳摩爾配比值為3:7，用不同濃度NaCl向確定好的配比體系中加入，觀察表面活性的變化規(guī)律，并比較出相同濃度下復(fù)配體系表面活性的影響。

實(shí)驗(yàn)溫度為(25.0±0.3)℃。

2 結(jié)果與分析

SDS和C12BE在不同配比情況下的表面活性。由圖1可知，在不同配比下SDS/C12BE復(fù)配體系的表面張力，共有兩種增效影響：第一種可降低表面張力；第二種可降低表面張力效率。其中C12BE降低表面張力的效率高于SDS，但兩種單一體系效率明顯低于復(fù)配體系，當(dāng)SDS和C12BE的摩爾比值為3：7時(shí)效率為最高。使SDS和C12BE兩種增效的直接因素是陰離子表面活性劑與兩性表面活性劑之間有大的相互影響作用：SDS所含的陰離子基團(tuán)產(chǎn)生的靜電吸引作用是由于C12BE極性基團(tuán)所產(chǎn)生的正電荷引起的。并且SDS和C12BE碳?xì)滏溇哂幸欢ǖ氖杷嗷プ饔?，所以在液氣界面層中表面活性劑的分子排列得較為緊密，媳婦能量也較強(qiáng)，因此復(fù)配后表面活性較高。

從SDS和C12BE復(fù)配后的另外一個(gè)效果可以使表面活性劑的分子形成膠束能力加強(qiáng)，當(dāng)χSDS<0.8時(shí)，體系的臨界膠束濃度(cmc)都較低，并且在χSDS==0.4時(shí)cmc值為最低，但χSDS超過0.8之后，體系的cmc提高較為顯著。相同的疏水基陰離子表面活性劑沒有兩性表面活性劑膠束能力好，SDS的cmc高于C12BE。把SDS和C12BE混合在一起之后，混合后表面活性劑分子極性頭正離子和負(fù)離子之間的吸引使不同的表面活性劑分子采取較為緊密的排列方式，在水里相互結(jié)合后形成混合膠束，在從熵增加的原理來看，混合型膠束形成之后，因?yàn)楸砻婊钚詣┓肿又g結(jié)合得更加緊密，極性頭之間的空隙也較之前小，導(dǎo)致了表面活性劑的親水基四周的定向水分子數(shù)目縮小，自由水分子增加，混亂程度變大，也使得膠束形成較為容易?？捎脜?shù)βm來表示兩種表面活性劑在膠束中相互作用后復(fù)配的增效作用，βm負(fù)值越大，表示協(xié)同的效應(yīng)越好。

(1)

(1)式中cmc12表示為：混合型表面活性劑體系臨界膠束的濃度；

χ1、χ2表示為：表面活性劑在1、2體相中的摩爾分?jǐn)?shù)，χ1+χ2=1；

χ1m、χ2m表示為：表面活性劑在1、2混合膠束中的摩爾分?jǐn)?shù)，χ1m+χ2m=1；

用迭代法來計(jì)算的SDS和C12BE復(fù)配體系的βm=-6.82。前人研究[2]，在活性劑復(fù)配后顯示最大增效作用的時(shí)候，混合溶液組成為

(2)

表1 SDS和C12BE各配比體系的cmc值

表2 SDS和C12BE摩爾比值為3:7體系在不同鹽濃度下的cmc值

把表1中數(shù)據(jù)cmc(C12BE)=1.42×10-3mol·L-1,cmc(SDS)=5.03×10-3mol·L-1代入到(2)中，求得Χ(C12BE)=0.62，它與試驗(yàn)數(shù)據(jù)Χ(C12BE)=0.61基本吻合，因此SDS和C12BE的摩爾比值為3:7時(shí)復(fù)配體系顯示最大的增效作用。

顯示最大的增效作用時(shí)最小的混合cmc滿足

(3)

在此cmcT是指在最大增效時(shí)混合型體系的臨界膠束濃度，代入數(shù)據(jù)求得cmcT=4.5×10-1mol·L-1此結(jié)果較為接近試驗(yàn)結(jié)果。

[1] 方云.兩性表面活性劑[M].北京：中國輕工業(yè)出版社，2001

[2] 于君明,陳洪齡.新型雙子兩性表面活性劑的合成及性能[J].南京工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版,2005,27(5)62-66.

汪寧(1988-)，女，黑龍江人，講師，碩士研究生，從事化學(xué)教學(xué)研究，黑龍江工業(yè)學(xué)院。

TQ423

A

1671-1602(2016)20-0025-01