2結(jié)果與討論

2.1平衡表面張力

分子定向吸附到氣/液界面高效降低溶液的表面張力是表面活性劑的一大特性，表面張力的數(shù)據(jù)也是研究表面活性劑在界面的組成及自身的結(jié)構(gòu)和性能的基礎(chǔ)。因此，探究了不同EO加合數(shù)的AEnCE-Na的表面張力與濃度的關(guān)系，結(jié)果如圖2所示。由圖2可以看出，溶液的表面張力隨濃度的增大先急劇下降后基本保持不變，此外，還可以得到臨界膠束濃度（cmc）和臨界膠束濃度對(duì)應(yīng)的表面張力（γcmc）。表面活性劑分子在氣/液界面的最大吸附量（Γmax）、每個(gè)分子所占的最小截面積（Amin）及表面張力降低20 mN/m所需濃度的負(fù)對(duì)數(shù)（pc20）可以通過(guò)公式1）~3）計(jì)算得到。

圖2各種樣品在298 K時(shí)表面張力與濃度的關(guān)系

對(duì)于1-1型離子表面活性劑，n值為2;R為氣體常數(shù)（R=8.314 J/（mol·K））;T為絕對(duì)溫度（T=298 K）;（?γ/?log c）T為濃度達(dá)到cmc前，表面張力隨濃度變化曲線的斜率;NA為阿伏伽德羅常數(shù)（NA=6.02×1023）;形成膠束的難易程度可以用cmc/c20來(lái)表示。從表1中可以得到，隨著EO加合數(shù)的增大，AEnCE-Na的cmc和γcmc都逐漸增大，即EO數(shù)為3的AE3CE-Na降低表面張力的效率和能力都最強(qiáng)。這主要是因?yàn)镋O基團(tuán)較少的分子更傾向于吸附到氣/液界面上，從而表面活性更高。Γmax和Amin的變化趨勢(shì)相反，擁有大的Γmax和小的Amin值的表面活性劑分子可以在氣/液界面緊密排列。

表1 298 K時(shí)AEnCE-Na（n=3，5，7，9）的參數(shù)

2.2動(dòng)態(tài)表面張力

前面已經(jīng)討論了溶液平衡時(shí)的特性與規(guī)律，但沒(méi)有考慮平衡及老化的時(shí)間，而時(shí)間因素在實(shí)際應(yīng)用中起著決定性的作用。當(dāng)表面活性劑分子從本體相遷移到表面時(shí)，分子的動(dòng)態(tài)吸附性能會(huì)影響表面活性劑的性能。因此，如圖3所示，測(cè)試了1 mmol/L的不同EO加合數(shù)的AEnCE-Na的表面張力隨時(shí)間的變化曲線。

圖3 1 mmol/L的AEnCE-Na（n=3，5，7，9）的表面張力隨時(shí)間的變化

由圖3可以看出，溶液的表面張力都得到了明顯的降低。根據(jù)Rosen理論，表面張力隨時(shí)間的變化依次可分為誘導(dǎo)區(qū)、快速下降區(qū)、介平衡區(qū)和平衡區(qū)4個(gè)區(qū)域。但在系列AEnCE-Na樣品中，都沒(méi)有檢測(cè)到誘導(dǎo)區(qū)，說(shuō)明樣品的擴(kuò)散速率都很快，已經(jīng)超過(guò)了儀器的檢測(cè)上線（10 ms）。各個(gè)樣品在檢測(cè)范圍內(nèi)最終的表面張力從大到小依次為：AE9CE-Na>AE7CE-Na>AE5CE-Na>AE3CE-Na，該結(jié)果與平衡表面張力的變化趨勢(shì)相一致。

2.3接觸角

表面活性劑在有效改善疏水固體表面潤(rùn)濕能力的方面起著至關(guān)重要的作用，而潤(rùn)濕能力的強(qiáng)弱主要通過(guò)接觸角來(lái)表示。因此，測(cè)試了1 mmol/L的不同EO加合數(shù)的AEnCE-Na的接觸角隨時(shí)間的變化，結(jié)果如圖4所示。

圖4 1 mmol/L的AEnCE-Na（n=3，5，7，9）的接觸角隨時(shí)間的變化

如圖4所示，AEnCE-Na在接近平衡時(shí)的接觸角隨EO加合數(shù)的增大而增大，其潤(rùn)濕鋪展能力由強(qiáng)到弱依次為：AE3CE-Na>AE5CE-Na>AE7CE-Na>AE9CE-Na，AE3CE-Na的接觸角最小（θ=40°），潤(rùn)濕鋪展能力最強(qiáng)。這主要是因?yàn)楫?dāng)AEnCE-Na表面活性劑分子達(dá)到溶解-吸附動(dòng)態(tài)平衡時(shí)，疏水碳鏈與固體石蠟?zāi)は嘟佑|，親水EO鏈在水中。隨著EO鏈的增長(zhǎng)，分子的親水性逐漸增強(qiáng)因而更傾向于在水中，而不是吸附到界面上，即分子的競(jìng)爭(zhēng)吸附減弱。因此，AEnCE-Na的接觸角隨EO加合數(shù)的增大而增大。

2.4潤(rùn)濕性

大表面積的紡織物在實(shí)際應(yīng)用中很難被潤(rùn)濕，而表面活性劑可以有效改善其潤(rùn)濕性。采用帆布沉降法[11]在常溫下測(cè)試了2 g/L的不同EO加合數(shù)的AEnCE-Na的潤(rùn)濕時(shí)間，結(jié)果如圖5所示。

圖5質(zhì)量濃度為2 g/L的AEnCE-Na（n=3，5，7，9）的潤(rùn)濕時(shí)間

從圖5中可以得到，AEnCE-Na的潤(rùn)濕時(shí)間隨EO加合數(shù)的增大而增大，也就是說(shuō)，潤(rùn)濕能力隨EO數(shù)的增大而逐漸減弱，這主要是親水性增強(qiáng)的結(jié)果。其中，AE3CE-Na和AE5CE-Na的潤(rùn)濕時(shí)間均小于10 s，樣品的潤(rùn)濕性能較好。

2.5乳化性

表面活性劑的另一大用途是通過(guò)降低油/水界面的界面張力而用作乳化劑，穩(wěn)定存在的乳液被廣泛應(yīng)用于食品、藥品和個(gè)人護(hù)理等方面。因此，測(cè)試了不同EO加合數(shù)的AEnCE-Na對(duì)大豆油和液體石蠟的破乳時(shí)間，結(jié)果如圖6所示。

圖6質(zhì)量濃度為2 g/L的AEnCE-Na（n=3，5，7，9）的破乳時(shí)間

由圖6可以看出，隨著EO數(shù)的增大，AEnCE-Na的破乳時(shí)間減小，即乳化能力有微小的減弱，該結(jié)果與結(jié)構(gòu)相似的脂肪醇醚羧酸鹽相似，可能是因?yàn)樵鰪?qiáng)的親水性破壞了乳液的親水親油平衡值。其中AE3CE-Na的乳化能力最強(qiáng)，對(duì)液體石蠟的乳化時(shí)間為348 s，對(duì)大豆油的乳化時(shí)間為935 s，樣品整體對(duì)大豆油的乳化效果好于液體石蠟。

2.6泡沫性

在實(shí)際的表面活性劑應(yīng)用領(lǐng)域中，對(duì)泡沫有不同的需求，例如，對(duì)于手洗洗滌劑及沐浴露等清潔類產(chǎn)品，泡沫豐富的產(chǎn)品往往更受青睞;在機(jī)洗及大規(guī)模的工業(yè)清洗中低泡型的洗滌劑反而更受歡迎。泡沫多的表面活性劑適用于礦物浮選及原油開(kāi)采，而泡沫少的表面活性劑適用于印刷及制藥行業(yè)。表面活性劑的泡沫性能主要包括發(fā)泡和穩(wěn)泡兩個(gè)方面。因此，用改進(jìn)的Ross-Mile法測(cè)試了不同EO加合數(shù)的AEnCE-Na在30 s和3 min時(shí)的泡沫體積，結(jié)果如圖7所示。

圖7質(zhì)量濃度為2 g/L的AEnCE-Na（n=3，5，7，9）的泡沫體積

由圖7可以看出，AEnCE-Na的發(fā)泡性隨EO加合數(shù)的增大而減弱，而穩(wěn)泡性卻隨EO加合數(shù)的增大而增強(qiáng)。AE3CE-Na的發(fā)泡性最強(qiáng)，V30 s=420 mL，AE9CE-Na的穩(wěn)泡性最強(qiáng)，V3 min/V30 s=81%。這主要是由于EO數(shù)增多導(dǎo)致樣品的親水性增強(qiáng)，進(jìn)而發(fā)泡力減弱。此外，當(dāng)EO數(shù)增加時(shí)，樣品的黏度也隨之增加，增加的黏度一方面使液膜的表面強(qiáng)度增大，另一方面也使液膜外表面的液體不容易流動(dòng)，因此提高了樣品的穩(wěn)泡性。

2.7去污性

洗滌劑在生活和生產(chǎn)中都扮演著重要的角色，而表面活性劑是各種洗滌劑的主要成分。因此，測(cè)試了JB-01，JB-02及JB-03三種污布在不同EO加合數(shù)的表面活性劑溶液AEnCE-Na中洗滌前后的白度值，并將同一塊污布在洗滌前后的白度值作差，得到如圖8所示的結(jié)果。

JB-01是一種非極性污漬，表面活性劑分子主要通過(guò)疏水尾鏈與其相作用而達(dá)到去除的目的，如圖8所示，EO數(shù)最大的AE9CE-Na對(duì)JB-01的去污能力最強(qiáng)。JB-03污漬最初是以擴(kuò)散的形式附著在物體表面，而表面活性劑分子會(huì)優(yōu)先潤(rùn)濕固體表面，因此污漬會(huì)逐漸收縮并最終從固體表面洗去。AEnCE-Na對(duì)JB-03的去除能力隨EO加合數(shù)的增大而增強(qiáng)。樣品整體對(duì)JB-02的去污能力較弱，這主要是因?yàn)镴B-02的去污是有特異性的，通常需要用與其相對(duì)應(yīng)的蛋白酶來(lái)去除。比較不同EO加合數(shù)的AEnCE-Na，AE9CE-Na對(duì)3種污漬的去污能力最強(qiáng)。

圖8質(zhì)量濃度為2 g/L的AEnCE-Na（n=3，5，7，9）的去污能力

3結(jié)論

本文探究了不同EO加合數(shù)的系列脂肪醇醚琥珀酸酯鹽（AEnCE-Na，n=3，5，7，9）表面活性劑的表面活性、接觸角及應(yīng)用性能。結(jié)果表明，AEnCE-Na的cmc、γcmc及平衡時(shí)的接觸角都隨EO加合數(shù)的增大而增大，說(shuō)明AE3CE-Na的表面活性和潤(rùn)濕鋪展能力都最強(qiáng)。在應(yīng)用性能方面，AE3CE-Na的潤(rùn)濕性、乳化性和發(fā)泡性最佳;AE9CE-Na的穩(wěn)泡性及去污性最佳。