二聚表面活性剂的性质及其应用-纺织技术中心

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二聚表面活性剂的性质及其应用

来源：印染在线　发布时间：2015年03月27日

二聚表面活性剂突破传统表面活性剂的单链结构,通过一个间隔链将两个相同或相似的双亲体,以其亲水基或靠近亲水基的位置连接起来(图1)。正是因为这种独特的结构,使二聚表面活性剂具有比传统表面活性剂更优良的物化性质和应用性能。被Ｒｏｓｅｎ誉为新一代表面活性剂的代表。

目前,国内外对于二聚表面活性剂物化性质及其合成方面的研究报道较活跃,而关于其应用方面的报道相对较少。本文在分析二聚表面活性剂物化性质的基础上,对其潜在的应用前景进行了较详细的阐述。

1二聚表面活性剂的性质

据传统的观点,如表面活性剂的ＨＬＢ值相同,那么它们应该有相同的临界胶束浓度(ｃｍｃ)值和Ｃ20值(溶剂的表面张力降低20ｍＮ/ｍ时,溶液中表面活性剂的浓度)。然而,表1所列的数据表明,在每个亲水基团连接的疏水链碳原子数相等的情况下,二聚表面活性剂的ｃｍｃ值、Ｃ20值要分别比相应的单链表面活性剂低1个～2个和2个～3个数量级。这主要是由于二聚表面活性剂有两条疏水链,使得水分子有序结构的扭曲程度比只有一条疏水链的单链表面活性剂大,而溶剂结构的扭曲程度是表面活性剂具有表面活性的基础。因此,在含水的介质中,二聚表面活性剂具有比相应的单链表面活性剂更高的表面活性、更低的ｃｍｃ和Ｃ20值。与此同时,二聚表面活性剂分子中又含有两个亲水基团,使得其在水中的溶解度增加,从而进一步提高了表面活性。

二聚表面活性剂另外一个非常独特的性质是它的水溶液在低浓度时表现出流变性。Ｋｅｒｎ等人研究表明,具有短间隔链的二聚表面活性剂的水溶液,在浓度超过ｃｍｃ值时,开始产生线状胶束,随着浓度增加,其线状胶束会逐渐纠缠在一起形成树状胶束,从而导致水溶液黏度增加。

2二聚表面活性剂的应用

2.1二聚表面活性剂在常规领域的应用

由于二聚表面活性剂表面活性的增强,使其在许多表面活性剂传统应用领域里有卓越的应用性能。

(1)因为具有更高的表面活性,二聚表面活性剂可以用于生产高效

洗涤剂、乳化剂。在减少活性剂用量的情况下,达到甚至超过单链表面活性剂的效果。大大减少了生产中原料的用量和副产品的生成量,有效地保护了环境。(2)二聚表面活性剂在溶液相中的浓度随着ｃｍｃ值的降低而减小。因此,该类活性剂对皮肤、眼睛的刺激相对较低,可以在温和型个人护理品,尤其是婴幼儿的个人护理品中使用。(3)极低的ｃｍｃ值,使得二聚表面活性剂在很低的浓度下即可形成胶束,继而达到增溶的效果。因此,该类表面活性剂可用做高效增溶剂。同样,由于它显著的增溶作用,二聚表面活性剂,尤其是离子型的,可以和一些不溶于水的表面活性剂复配使用。这些不溶于水的表面活性剂虽能将水的表面张力降到很低,但由于水溶性差,达不到理想的润湿效果。而通过复配既大幅度降低表面张力又改善了润湿能力。(4)二聚表面活性剂的疏水链在界面的排列较单链表面活性剂更为紧密,能够在界面形成黏性更大的、更稳定的界面膜。因此具有更大的乳液稳定性和泡沫稳定性。目前,用含01%二聚表面活性剂的乳化剂就可得到稳定的乳状液。(5)离子型二聚表面活性剂从结构上说,有两个极性基团,有两倍的电荷,它能够更强烈地吸引电中性的或带相反电荷的表面活性剂。因此,当复配的表面活性剂中含有二聚表面活性剂时,能取得更好的复配效果。(6)由于在一定浓度下,二聚表面活性剂表现出一定的黏弹性。因此,在化妆品的配方中加入二聚表面活性剂将有助于化妆品黏度的形成。

2.2二聚表面活性剂在特殊领域中的应用

2.2.1在生物学上的应用

据研究表明,季铵盐型的表面活性剂,包括单链表面活性剂和二聚表面活性剂,可以将复杂的蛋白质分子分裂成若干多肽链,对细菌的活性产生抑制作用。Ｌｉｅｎ和Ｐｅｒｒｉｎ研究发现,随着ｃｍｃ值的降低,季铵盐型表面活性剂的杀菌能力呈直线增加。因此,ＣｓＨ2ｓ-α、ω-[(ＣＨ3)Ｓ2Ｎ+Ｃ10Ｈ21Ｂｒ-]2(记为10-Ｓ-10,2Ｂｒ)型二聚表面活性剂,由于其ｃ

ｍｃ值较低,可以作为高效抗菌剂使用。

2.2.2在电动色谱中的应用分离

胶束电动色谱法(ＭＥＫＣ)是最近发展起来的分离技术。该法采用离子型胶束溶液作为洗脱液,通过电泳作用,对吸附于硅胶上的电中性的待分离物进行分离。其分离原理是基于电中性的待分离物在胶束和水之间分布的差异。因此,分离效果的好坏直接取决于离子型表面活性剂的选择。以前常用的是十二烷基硫酸钠(ＳＤＳ)。近来,Ｔａｎｂａｋａ等人研究表明,磺酸盐型二聚表面活性剂具有较低的ｃｍｃ值和Ｋｒａｆｆｔ点,在低浓度下洗脱液黏度较低,有利于分离操作的进行,其分离效果比通常使用的十二烷基硫酸钠好。

2.2.3在其他方面的应用

一些二聚表面活性剂,如16-Ｓ-16,2Ｂｒ和12-Ｓ-12,2Ｂｒ型表面活性剂,它们的胶束形状随着间隔链碳原子数Ｓ的增大而发生一系列的变化:线状胶束→球状胶束→囊泡。这种由合成的表面活性剂形成的囊泡有许多潜在的应用价值。比如,(ａ)作为药物的传递系统用于药物的捕获与释放;(ｂ)作为特殊的反应催化剂;(ｃ)使用在光化学太阳能转化中。

3最新进展

在人们对环保这个问题日益敏感的今天,如何使表面活性剂对环境产生尽量少的影响成为一个急待解决的课题。目前,可通过两种方式设计新的环保型表面活性剂。(1)降低表面活性剂的使用量,从而减轻环境净化的负担。如前所述,二聚表面活性剂的表面活性显著增强可起到减少用量的作用。(2)在表面活性剂的使命完成以后,将其分解成一些更小的部分,协助废水的处理。最近,科学家们设计了3种二聚表面活性剂(如图2所示),这些表面活性剂的不饱和溶液通过臭氧化作用进行分解。