摘要(yao)：為深入(ru)分(fen)析表(biao)(biao)面活(huo)性(xing)劑(ji)在流(liu)體界(jie)(jie)(jie)面上的(de)(de)吸附機制，利用界(jie)(jie)(jie)面張力弛豫方法，研究2-羥(qian)基(ji)(ji)(ji)-3-辛基(ji)(ji)(ji)-5-癸基(ji)(ji)(ji)苯(ben)磺(huang)酸(suan)鈉(na)(C8C10)和2-羥(qian)基(ji)(ji)(ji)-3-癸基(ji)(ji)(ji)-5-辛基(ji)(ji)(ji)苯(ben)磺(huang)酸(suan)鈉(na)(C10C8)在空氣(qi)-水表(biao)(biao)面和癸烷(wan)-水界(jie)(jie)(jie)面上的(de)(de)擴(kuo)(kuo)(kuo)張流(liu)變性(xing)質，考察(cha)羥(qian)基(ji)(ji)(ji)鄰位烷(wan)基(ji)(ji)(ji)鏈(lian)長(chang)度(du)變化對分(fen)子(zi)界(jie)(jie)(jie)面行為的(de)(de)影響(xiang)，獲(huo)得表(biao)(biao)面活(huo)性(xing)劑(ji)結構對極(ji)限擴(kuo)(kuo)(kuo)張彈性(xing)、擴(kuo)(kuo)(kuo)張黏(nian)性(xing)最大(da)(da)峰值以及相(xiang)關特征(zheng)頻率的(de)(de)濃(nong)度(du)依賴性(xing)的(de)(de)影響(xiang)規律。結果表(biao)(biao)明(ming):羥(qian)基(ji)(ji)(ji)取代烷(wan)基(ji)(ji)(ji)苯(ben)磺(huang)酸(suan)鹽分(fen)子(zi)中羥(qian)基(ji)(ji)(ji)鄰位的(de)(de)長(chang)鏈(lian)烷(wan)基(ji)(ji)(ji)傾(qing)向于(yu)沿界(jie)(jie)(jie)面伸(shen)展，表(biao)(biao)現出較強的(de)(de)分(fen)子(zi)間(jian)相(xiang)互作(zuo)用;對于(yu)表(biao)(biao)面吸附膜(mo)，界(jie)(jie)(jie)面分(fen)子(zi)重排的(de)(de)慢過(guo)程(cheng)控制膜(mo)性(xing)能，羥(qian)基(ji)(ji)(ji)鄰位烷(wan)基(ji)(ji)(ji)鏈(lian)長(chang)越大(da)(da)，膜(mo)強度(du)越大(da)(da)，C10C8極(ji)限擴(kuo)(kuo)(kuo)張彈性(xing)高達(da)178 mN/m，擴(kuo)(kuo)(kuo)張黏(nian)性(xing)最大(da)(da)值約62 mN/m;對于(yu)界(jie)(jie)(jie)面吸附膜(mo)，擴(kuo)(kuo)(kuo)散(san)-交換過(guo)程(cheng)控制膜(mo)性(xing)質，鄰位長(chang)鏈(lian)烷(wan)基(ji)(ji)(ji)的(de)(de)影響(xiang)變小(xiao)。

前言

陰離(li)子表(biao)面(mian)活性劑(ji)是(shi)應(ying)用(yong)(yong)最廣泛的一(yi)種表(biao)面(mian)活性劑(ji)，主(zhu)要包括烷基羧酸(suan)(suan)鹽(yan)、烷基磺(huang)酸(suan)(suan)鹽(yan)、烷基苯(ben)磺(huang)酸(suan)(suan)鹽(yan)、石油(you)(you)磺(huang)酸(suan)(suan)鹽(yan)和木質素(su)磺(huang)酸(suan)(suan)鹽(yan)等。其中，烷基苯(ben)磺(huang)酸(suan)(suan)鹽(yan)的特點是(shi)能(neng)產生低的表(biao)面(mian)張力和油(you)(you)水界面(mian)張力，具有較強的去(qu)污、起泡和乳(ru)化(hua)能(neng)力，廣泛用(yong)(yong)于洗(xi)滌(di)劑(ji)、印染助劑(ji)、染色分(fen)散劑(ji)、塑(su)料乳(ru)化(hua)劑(ji)等領域，還可用(yong)(yong)于三次采(cai)油(you)(you)、涂料、纖(xian)維等工業(ye)生產過(guo)程。

迄今(jin)為止，對不同烷(wan)(wan)(wan)(wan)基(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)取代及(ji)支鏈化結構的(de)(de)烷(wan)(wan)(wan)(wan)基(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)苯(ben)(ben)(ben)磺(huang)(huang)(huang)酸鈉的(de)(de)合(he)成和(he)性(xing)(xing)能(neng)關系的(de)(de)研(yan)究已相當深入，而對羥(qian)基(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)取代烷(wan)(wan)(wan)(wan)基(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)苯(ben)(ben)(ben)磺(huang)(huang)(huang)酸鹽(yan)的(de)(de)研(yan)究則較少。在苯(ben)(ben)(ben)環上(shang)引入羥(qian)基(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)，一(yi)方面(mian)能(neng)增(zeng)加表面(mian)活性(xing)(xing)劑的(de)(de)親水性(xing)(xing)，對其潤濕、滲透等性(xing)(xing)能(neng)造成影(ying)響；另一(yi)方面(mian)，當羥(qian)基(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)取代烷(wan)(wan)(wan)(wan)基(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)苯(ben)(ben)(ben)磺(huang)(huang)(huang)酸鹽(yan)分(fen)子吸(xi)附(fu)到界面(mian)上(shang)時(shi)，苯(ben)(ben)(ben)環上(shang)的(de)(de)磺(huang)(huang)(huang)酸基(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)和(he)羥(qian)基(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)均傾向于(yu)與水分(fen)子作(zuo)用，對烷(wan)(wan)(wan)(wan)基(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)苯(ben)(ben)(ben)磺(huang)(huang)(huang)酸鹽(yan)分(fen)子具有“定(ding)位”作(zuo)用，能(neng)夠增(zeng)強吸(xi)附(fu)膜的(de)(de)強度，有利于(yu)泡沫和(he)乳狀液的(de)(de)穩定(ding)性(xing)(xing)。因此，研(yan)究羥(qian)基(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)取代烷(wan)(wan)(wan)(wan)基(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)苯(ben)(ben)(ben)磺(huang)(huang)(huang)酸鹽(yan)在流體界面(mian)上(shang)的(de)(de)行為，具有重要的(de)(de)理論(lun)意義和(he)應用前景。

表面(mian)(mian)活性劑(ji)在(zai)流體界面(mian)(mian)上形成(cheng)的(de)(de)(de)吸附膜(mo)(mo)是存在(zai)擴(kuo)散-交換過程的(de)(de)(de)動(dong)態膜(mo)(mo)，對(dui)分子(zi)界面(mian)(mian)行為和(he)膜(mo)(mo)強(qiang)度的(de)(de)(de)研究難度較大(da)。界面(mian)(mian)擴(kuo)張流變是目前(qian)研究吸附膜(mo)(mo)的(de)(de)(de)最為有(you)效的(de)(de)(de)手段。通(tong)過界面(mian)(mian)擴(kuo)張流變參數，可以獲(huo)得界面(mian)(mian)上分子(zi)排布特征、分子(zi)間相(xiang)互(hu)作用和(he)界面(mian)(mian)聚集(ji)體的(de)(de)(de)信息。Wu等利(li)用周期振蕩法考察了(le)2-羥基(ji)-3，5-長鏈烷(wan)基(ji)苯(ben)磺酸鈉的(de)(de)(de)界面(mian)(mian)動(dong)態擴(kuo)張模(mo)(mo)量(liang)，發(fa)現(xian)(xian)界面(mian)(mian)上分子(zi)重排導致了(le)動(dong)態模(mo)(mo)量(liang)出(chu)現(xian)(xian)極(ji)值(zhi)現(xian)(xian)象(xiang)。同時，苯(ben)環上多(duo)親水(shui)基(ji)的(de)(de)(de)“定位”作用，使得取代烷(wan)基(ji)間發(fa)生纏繞等作用，界面(mian)(mian)膜(mo)(mo)強(qiang)度明顯增強(qiang)，模(mo)(mo)量(liang)數值(zhi)遠高于普通(tong)烷(wan)基(ji)苯(ben)磺酸鹽。

周(zhou)期(qi)(qi)振(zhen)蕩法(fa)雖然是目前研究界(jie)面(mian)(mian)膜流變(bian)性質的(de)(de)(de)主(zhu)要實驗方(fang)法(fa)，但受限于(yu)當前的(de)(de)(de)儀器條件(jian)，工作(zuo)頻率較低(di)，一般(ban)不高于(yu)1 Hz。而表面(mian)(mian)活(huo)性劑分(fen)子(zi)的(de)(de)(de)擴散-交換、界(jie)面(mian)(mian)上單分(fen)子(zi)的(de)(de)(de)取(qu)向變(bian)化(hua)等過程的(de)(de)(de)特征弛豫(yu)(yu)時(shi)間較快，大于(yu)1 Hz，這(zhe)就(jiu)導致周(zhou)期(qi)(qi)振(zhen)蕩法(fa)獲得的(de)(de)(de)信(xin)息有限。界(jie)面(mian)(mian)張(zhang)(zhang)力弛豫(yu)(yu)法(fa)是擴張(zhang)(zhang)流變(bian)研究手段的(de)(de)(de)重要組成部分(fen)，它通(tong)過對(dui)界(jie)面(mian)(mian)張(zhang)(zhang)力的(de)(de)(de)衰減曲(qu)線進行(xing)多(duo)指數擬(ni)合(he)，計算(suan)得到(dao)不同頻率下的(de)(de)(de)擴張(zhang)(zhang)流變(bian)參(can)數，能夠從理論上獲得擴張(zhang)(zhang)彈性和黏性的(de)(de)(de)全頻率譜，是周(zhou)期(qi)(qi)振(zhen)蕩法(fa)的(de)(de)(de)有效補(bu)充。

本文利用界(jie)面(mian)張力弛(chi)豫法(fa)，考(kao)察不同結(jie)構的(de)(de)羥基取代烷基苯磺(huang)酸鹽的(de)(de)界(jie)面(mian)擴張流(liu)變性質，獲得分子在界(jie)面(mian)上的(de)(de)微觀行為的(de)(de)信息，以期(qi)對烷基苯磺(huang)酸鹽類陰離子表面(mian)活性劑的(de)(de)應用起到指導作用。

1實驗部分

1.1實(shi)驗樣品及試劑

2-羥基-3-辛基-5-癸(gui)基苯磺(huang)酸鈉(na)（C8C10OHphSO3Na）、2-羥基-3-癸(gui)基-5-辛基苯磺(huang)酸鈉(na)（C10C8OHphSO3Na），均為(wei)實(shi)驗(yan)室(shi)自制(zhi)，純度大于(yu)99%，臨界膠束濃度分別為(wei)3.35×10-6mol/L和1.35×10-6mol/L，分子結構如圖1所示；正癸(gui)烷，分析純，天(tian)津博迪(di)化學有限公司產品；實(shi)驗(yan)用(yong)水為(wei)經重蒸(zheng)后(hou)的(de)去離(li)子水，電阻率(lv)≥18 MΩ·cm。

圖(tu)1羥基取代烷基苯磺(huang)酸(suan)鈉(na)的結構(gou)式(shi)及縮寫

1.2實驗方法(fa)

采用界面(mian)擴張(zhang)流變(bian)儀進(jin)行實(shi)驗。待體系(xi)完全達(da)到平衡之(zhi)后，通過對懸掛(gua)氣泡/液滴(di)的(de)突然(ran)擾動(dong)，利用滴(di)外(wai)形(xing)分析方(fang)法(fa)測定表/界面(mian)張(zhang)力響(xiang)應，進(jin)行表面(mian)/界面(mian)張(zhang)力弛豫實(shi)驗。擾動(dong)幅(fu)度為(wei)15%，擾動(dong)時間為(wei)1 s。實(shi)驗溫度控(kong)制(zhi)在（30.0±0.5）℃。水(shui)相(xiang)為(wei)用二次蒸餾水(shui)配(pei)制(zhi)的(de)不同濃度C8C10和(he)C10C8溶液，油相(xiang)為(wei)正癸烷。

1.3數據處理

界(jie)面(mian)張力(li)弛(chi)豫(yu)實驗是通過(guo)對瞬間形變后的(de)界(jie)面(mian)張力(li)（γ）躍遷對時間（t）的(de)衰減曲(qu)線進行Fourier變換（FT）得(de)到界(jie)面(mian)擴張流變參數的(de)方法。對于一(yi)個存在多(duo)種弛(chi)豫(yu)過(guo)程的(de)實際體(ti)系，由(you)于弛(chi)豫(yu)過(guo)程具有(you)可(ke)加(jia)和性，因此(ci)，衰減曲(qu)線可(ke)以(yi)用多(duo)指數方程的(de)和來表示：

式中：τi為第i個(ge)過程的特征頻率；Δγi為第i個(ge)過程界面張力的貢獻；n為總過程的個(ge)數。

對于一個幅度為ΔA的(de)瞬間界(jie)面形變過程(cheng)，在(zai)形變停止后，在(zai)一定頻率(lv)（ω）下(xia)擴張頻率(lv)模量（ε）的(de)數值可以通過對界(jie)面張力衰減曲線的(de)Fourier變換得到(dao)，如(ru)式(shi)（2）所示：

將式（1）帶入式（2），變形(xing)可得不同(tong)頻(pin)率條件下的界面擴張(zhang)彈性（εd）和(he)擴張(zhang)黏性（εi）的計算公式為：