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連接基對(duì)3種表面活性劑GSS271、GSS371和GSS471動(dòng)態(tài)表面性能的影響(上)
來(lái)源:印染助劑 瀏覽 682 次 發(fā)布時(shí)間:2024-12-04
雙磺基琥珀酸酯磺酸鈉(簡(jiǎn)稱GSS)通過(guò)柔性連接基將兩個(gè)傳統(tǒng)的琥珀酸酯鹽連接而成,連接基使GSS分子中兩個(gè)離子頭基間的靜電斥力大大削弱,同時(shí)加強(qiáng)了碳?xì)滏滈g的疏水結(jié)合力,使GSS具有比單鏈琥珀酸酯磺酸鹽更低的臨界表面張力。
在實(shí)際應(yīng)用中,很多表面活性劑所需發(fā)揮作用的時(shí)間極短,例如硬表面清潔、農(nóng)藥鋪展、印刷、攝影用薄膠片制備、三次采油等都涉及動(dòng)態(tài)過(guò)程,因此研究動(dòng)態(tài)表面張力(DST)非常重要。王新英等研究短氟碳鏈季銨鹽表面活性劑時(shí)發(fā)現(xiàn),相比以酰胺基為連接基的表面活性劑,以酯基為連接基的表面活性劑有更低的cmc;韓世巖等研究發(fā)現(xiàn),松香基季銨鹽雙子表面活性劑的柔性連接基活性強(qiáng)于剛性連接基;王麗艷等研究烷基咪唑表面活性劑時(shí)發(fā)現(xiàn),柔性和剛性連接基對(duì)cmc影響不大,因此,有必要深入探究連接基對(duì)表面性能的影響。喻紅梅等總結(jié)出連接基較短易形成膠束;羅麗娟等得出cmc隨連接基的碳原子數(shù)增加先減小后增大;而董樂(lè)則發(fā)現(xiàn)碳原子數(shù)越多,cmc越小。
為此,有關(guān)連接基的研究較多集中在對(duì)靜態(tài)性能方面的分析,而對(duì)動(dòng)態(tài)性能的研究較少。本實(shí)驗(yàn)對(duì)自主研發(fā)的乙二醇雙子琥珀酸二仲辛酯磺酸鈉(GSS271)、1,3-丙二醇雙子琥珀酸二仲辛酯磺酸鈉(GSS371)與1,4-丁二醇雙子琥珀酸二仲辛酯磺酸鈉(GSS471)陰離子雙子表面活性劑的DST進(jìn)行研究,并考察連接基對(duì)動(dòng)態(tài)表面性能的影響,探討其吸附動(dòng)力學(xué)機(jī)理。
1、實(shí)驗(yàn)
1.1試劑和儀器
乙二醇雙子琥珀酸二仲辛酯磺酸鈉(GSS271)、1,3-丙二醇雙子琥珀酸二仲辛酯磺酸鈉(GSS371)、1,4-丁二醇雙子琥珀酸二仲辛酯磺酸鈉(GSS471)(結(jié)構(gòu)式如下,實(shí)驗(yàn)室自制。提純后測(cè)定,表面張力曲線無(wú)最低點(diǎn),說(shuō)明不含高活性雜質(zhì)),實(shí)驗(yàn)用水均為二次去離子水經(jīng)亞沸重蒸。
Delta-8全自動(dòng)高通量表面張力儀(測(cè)量精度為0.05 mN/m,芬蘭Kibron公司),EZ-Pi Plus便攜式動(dòng)態(tài)表面張力儀(芬蘭Kibron公司)。
1.2測(cè)試
系列濃度表面活性劑水溶液的配制:首先配制10-2mol/L的GSS水溶液作為母液,然后移取適量母液逐級(jí)稀釋,得到系列濃度(1×10-5~1×10-2mol/L)溶液(20℃振蕩水浴鍋中恒溫30 min)。
靜態(tài)表面張力:采用表面張力儀由低濃度至高濃度測(cè)定系列溶液表面張力γ(測(cè)試均在帶有恒溫夾套的玻璃杯中進(jìn)行,外接數(shù)控超級(jí)恒溫槽,溫度為20℃),作γ-lg c曲線。
動(dòng)態(tài)表面張力:采用動(dòng)態(tài)表面張力儀由低濃度至高濃度測(cè)定系列溶液動(dòng)態(tài)表面張力(測(cè)試均在帶有恒溫夾套的玻璃杯中進(jìn)行,外接數(shù)控超級(jí)恒溫槽,溫度為20℃)。
2、結(jié)果與討論
2.1 GSS水溶液的表面張力
GSS271、GSS371、GSS471水溶液的靜態(tài)與動(dòng)態(tài)表面張力曲線分別見圖1~3。由圖1擬合的表面性能參數(shù)見表1。
表1系列GSS表面活性劑的表面性能
由表1可知,3種表面活性劑中GSS471的cmc較小,GSS271的cmc與之接近,GSS371的cmc最大。對(duì)于GSS371,由于連接基使兩條疏水鏈間的距離增大,導(dǎo)致疏水相互作用減弱,因而cmc較大;GSS371在表面定向排列疏松,在氣液界面置換的水分子較少,因此γcmc較大。連接基較短的GSS271,兩條疏水鏈距離較小,增強(qiáng)了疏水相互作用,cmc??;在表面排列較緊密致使γcmc較小。對(duì)于有較長(zhǎng)連接基的GSS471,由于連接基的柔性作用使連接鏈扭曲變形而導(dǎo)致兩條疏水鏈更靠近,化學(xué)鍵又使極性頭基被強(qiáng)制在較小的距離內(nèi),兩種因素均使GSS471疏水能力增強(qiáng)[15],分子更易聚集在一起,因而cmc小;同時(shí)在表面排列更緊密,因而γcmc最小。
當(dāng)溶液濃度c為1 mmol/L(c<cmc)時(shí),由圖2可知,表面活性劑GSS271、GSS371和GSS471均表現(xiàn)為典型的DST變化曲線,即開始時(shí)DST接近溶劑的表面張力,后隨時(shí)間延長(zhǎng)先快速下降,下降至一定數(shù)值后降速緩慢,最后DST基本保持不變。因?yàn)槲絼傞_始時(shí)GSS在新鮮的氣液界面吸附量很少,所以界面張力接近溶劑的表面張力,隨著時(shí)間的推移,GSS分子逐漸吸附在界面,氣液界面張力降低;隨著吸附的進(jìn)行,界面逐步趨于飽和,吸附推動(dòng)力減小,GSS分子在界面吸附速率下降,因而DST下降緩慢最后趨于介平衡。GSS分子在界面達(dá)到飽和后還需進(jìn)一步吸附與定向排列,因而DST曲線中的介平衡張力較對(duì)應(yīng)濃度下的靜態(tài)表面張力大。當(dāng)溶液濃度為5 mmol/L時(shí),由圖3僅觀察到DST快速下降區(qū)和介平衡區(qū)。因?yàn)闈舛容^高(c>cmc),開始時(shí)便有較多的表面活性劑分子被吸附到表面,所以DST低于溶劑表面張力。