聚氧乙烯辛基苯基醚的有关理论及应用研究进展

2010-03-22王守庆杨宝

天津化工 2010年5期

关键词：乳化剂乳液活性剂

王守庆，杨宝

（1.潍坊教育学院生物与化学工程学院，山东青州262500；2.山东师范大学化学系，山东济南250014）

聚氧乙烯辛基苯基醚的有关理论及应用研究进展

王守庆1，杨宝2

（1.潍坊教育学院生物与化学工程学院，山东青州262500；2.山东师范大学化学系，山东济南250014）

综述了聚氧乙烯辛基苯基醚缔合体系的理论及应用研究进展，如OP-10形成的胶束溶液、乳化剂、微乳液等的研究及应用。对OP-10用于合成纳米粒子及作为气相色谱固定液等的应用，也进行了简要讨论。可望对OP-10的研究及应用提供指导。

聚氧乙烯辛基苯基醚,缔合体系，研究进展

聚氧乙烯辛基苯基醚 (OP-10,分子式C8H17-C6H4-O-（CH2CH2O）10-H）是典型的非离子表面活性剂，具有优良的润湿、乳化、分散、匀染、清洗和去污等性能，无毒无剌激，可用作增溶剂、分散剂、渗透剂、匀染剂、乳化剂、润湿剂和发泡剂等，广泛应用于油田开发、纺织印染、纤维拉丝、农药、冶金和造纸等行业。OP-10缔合体系的理论及应用研究一直受到人们重视，近十几年来，有关OP-10形成的胶束溶液、乳化液及微乳液的理论、尤其应用研究取得了较大的进展。

1 OP-10胶束溶液

表面活性剂胶束溶液对金属固体表面摩擦力学性能有一定影响，有很多研究者曾对此进行了深入研究。A.I.El'kin等[1]首次研究了非离子表面活性剂OP-10胶束水溶液对可塑聚合物材料摩擦性能的影响。结果表明，在一定滑动速度和压力下，OP-10胶束溶液的存在明显改变了可塑材料的流变和粘附性能，导致摩擦力增大，使材料产生了吸附塑化。但在较高压力下，OP-10的存在又能降低可塑材料的表面摩擦力。解释为在这种情况下实际接触角达最大值，在滑动过程中只对可塑材料表面的薄层产生接触，对内层没有任何影响。

用非离子表面活性剂胶束溶液在其浊点温度进行胶束提取是很有发展前途的提取方法，该法已广泛应用于对金属离子、有机有毒物和生物活性物质等的富集和分离。

胶束提取的优点是富集效率高，易与层析法、分光光度法和电化学法及其它方法联合使用。这种胶束提取的方法能有效提取和分离亲水及亲脂类化合物。

Doroshchuk等[2]用OP-10胶束溶液，在其浊点温度下，加入羧基酸提取镉，用原子吸收法检测胶束中的镉含量，并对其提取条件及效率进行了研究。研究发现，当羧基酸的碳原子数n＜5时，胶束不能提取镉；当5＜n＜9时，胶束中镉含量随n的增大而增加；当n＞9时，所有的镉都提取进入胶束。当n＞9、6≤pH≤9时提取效率最高。

Kulichenko等[3]亦用OP-10胶束溶液，在其浊点温度时，用含羧基酸和辛胺的混合物提取锌，用原子吸收法测定胶束中的锌含量。所得结论与Doroshchuk等[2]的基本相同。

2 OP-10形成乳化剂

在某些工业过程中，需进行爆破等操作，爆轰产物主要组分有 N2、CO2、H2、H2O、O2、NH3、CO 等，在这类分子液体中加入适量的表面活性剂作乳化剂可有效降低两相间的表面张力，达到充分互溶的目的。加入乳化剂后，必然会对混合物主要组分的冲击压缩特性产生影响。因此，在用乳化法解决组分互溶问题之前，必须对所选用乳化剂的冲击压缩性质进行研究。

袁长迎等[4]利用二级轻气炮装置研究了OP-10乳化剂的冲击压缩特性。研究发现，OP-10乳化剂在压力16.7GPa附近发生冲击相变，也就是说在此压力以下，OP-10具有很好的抗压缩特性。

另外，张心亚等用OP-10和SDS做乳化剂，用乙烯硅氧烷做改良剂，合成了丙烯酸脂乳胶，并研究了不同因素对其合成的影响。研究结果表明，乳液的聚合作用能有效促进有机物-硅氧键的形成，合成出来的丙烯酸脂乳胶具有优异性能，尤其具有很高的耐环境侵蚀性和耐污染性（不指环境污染）。

与上述丙烯酸脂乳胶的制备类似，孙芝娟等[6]用OP-10和SDBS做乳化剂，用硅氧烷做改良剂，合成了丙烯酸脂乳胶。结果表明用OP-10和SDBS做乳化剂合成出来的丙烯酸脂乳胶也具有很好的特性。

3 OP-10制备微乳液

微乳液是由表面活性剂、助表面活性剂、油和水（或盐水）组成的热力学稳定、各向同性且透明（或半透明）的分散系统。其液滴粒径为10～100nm。微乳液可分单相微乳液和多相微乳液（Winsor型微乳液）[7]。微乳液已广泛应用于食品、化妆品、制药、土壤修复和合成纳米材料等领域中，并起着增溶、分离、提高反应速率等的作用。考虑到成分的毒性和实用性等问题，离子型表面活性剂微乳液的应用受到一定的限制[8，9]。

非离子表面活性剂的亲水性一般比离子表面活性剂的强，对高浓度电解质和高价离子不敏感，毒性比大多数离子表面活性剂小。因此人们将研究重点转移到非离子表面活性剂微乳液上[10，11]。

王长龙等[12，13]对OP-10形成的W/O微乳液进行了研究。用稀释法确定了体系微乳液的类型，分别研究了OP-10/n-C4H9OH（n-C5H11OH）的质量比、温度、pH值和盐度等对微乳液相行为的影响。结果表明，OP-10/n-C4H9OH 质量比为 3：2、OP-10/n-C5H11OH的质量比为4：1时，W/O微乳液具有较大的溶水量和微乳液区域。温度在10℃～32℃之间变化时，微乳液区域基本不受影响；pH值在1～12范围内变化时，微乳液区域亦基本不变；盐度对微乳液区域的影响亦不大。

4 OP-10用于合成纳米粒子

反相微乳液法利用微乳液滴作为“微反应器”,有效调控纳米粒子成核、生长和聚结等过程，从而制得颗粒大小均匀的纳米粒子。

近年来，OP-10应用于纳米粒子合成方面的研究有重要进展。如用于控制合成一维纳米棒等。

钛酸钡（BaTiO3）是一种性能优良的铁电、介电材料，广泛应用于制作热敏电阻、多层陶瓷电容器、动态随机存储器和其它光电器件等。

朱启安等[14]选用水/OP-10/正己醇/环己烷反相微乳液体系，以Ba（OH）2·8H2O和钛酸四丁酯为反应起始物，制备得到钛酸钡（BaTiO3）纳米棒。研究了微乳液系统中水浴温度、表面活性剂浓度、起始反应物浓度及水与表面活性剂的摩尔比等因素对产物的影响，通过 XRD、SEM、HRTEM、Raman 光谱等测试手段对所得样品进行了表征。采用乙酸超声洗涤法对产物中的杂质BaCO3进行洗涤，得到了纯净的BaTiO3样品。此外，他们还用水热法和超声法制备了BaTiO3纳米粒子，并将其样品与反相微乳液法制备的样品进行了对比，结果是用反相微乳液制得的BaTiO3纳米粒子具有更好的形貌特征。

一直以来人们对室温下纳米BaTiO3粉是立方相还是四方相存在不同的看法，他们通过Raman分析对反相微乳液法制备的BaTiO3纳米粒子进行了相结构研究，结果表明制得的纳米BaTiO3为立方相和四方相共存的晶体结构。

潘庆谊等[15]以OP-10为形貌控制剂，以InCl3·4H2O为原料，经水解、胶溶、凝胶化等过程合成了氧化铟（In2O3）纳米粒子。研究发现，纳米粒子的大小随合成温度的增高而增大，但晶格变形率随晶体尺寸的增大而降低，这表明合成的纳米粒子越小，晶格越容易变形，生长出来的晶体质量越差。TEM照片表明OP-10的加入对In203粒子的形态和大小有很大影响，能很有效地控制纳米粒子的大小。

刘金成等[16]以OP-10为表面活性剂，二甲基甲酰胺（DMF）/水为溶剂，逐渐增大OP-10的浓度，用沉淀法制备了纳米球、纳米棒、纳米片等多种形貌可控的ZnS纳米晶。并且用透射电子显微镜、X射线衍射、紫外吸收、荧光光谱等对其进行了表征，并且分析了其形貌转变机理，即先形成纳米球，然后回流过程中纳米球排成纳米棒，纳米棒再进一步彼此聚集成纳米片，这与以前文献关于纳米棒形成的机理一致。由于采用的是DMF/水做反应溶剂体系，可回流到100℃得到更好的结晶，而普通的水相沉淀法在100℃下基本会团聚。

OP-10还用于介孔材料的合成。翟尚如等[17]在研究阳离子-非离子复配系统对MCM-48结构和性质的影响时，用到的是OP-10和CTAB复配，研究结果发现，非离子表面活性剂OP-10的加入大大改善了MCM-48的结构和性质，而且混合表面活性剂合成出来的产品结构和性质比单一的CTAB要好，这表明混合表面活性剂有很好的协同效应。

5 OP-10作为气相色谱固定液

气相色谱分析是产品质量检测中不可缺少的方法和手段，气相色谱分析中最重要的是色谱固定液的使用，要达到对复杂组分样品分离、定性及定量，选择合理的固定液尤为重要。色谱固定液的选择，首先要符合固定液所应具备的物化性能：热稳定性好，化学惰性，蒸气压低，溶解度大及粘度和凝固点低。另一方面，要根据被分析样品的性质选择合适的固定液，以达到各组分间最佳的分离效果。表面活性剂具有亲水性和亲油性，作为气相色谱的固定液是可行的。目前，表面活性剂的种类繁多，均以工业及民用品助剂为用途，而用作气相色谱固定液则是其新功能的开发与应用。赵明等[25]用OP-10作为气相色谱固定液，对于芳烃、醇、卤代烃、酯、烷烃的气相色谱分析，取得了良好的分离效果，尤其是对乙酸和乙酸酐的分离，具有重要意义。这充分体现了表面活性剂亲水亲油性用于气相色谱固定液的特殊性能和效果。

［1］A.I.El'kin and V.I.Titov,Translated from Mekhanika Polimerov[J],1970,(5):927-929,September-October,Original article submitted June 19,1969.

［2］V.A.Doroshchuk and S.A.Kulichenko,J.Anal.Chem.[J],2005,60(5):400-403.

［3］S.A.Kulichenkoand V.A.Doroshchuk,J.Anal.Chem.[J］,2003,58(6):524-527.

［4］袁长迎，宋锦泉，吴国栋，于亚伦.工程爆破 [J],2005,11(1):12-15.

［5］X.Y.Zhang,Z.J.Sun,H.Huang,Y.J.Li,R.H.Lan and H.Q.Chen,J.Cent.South Univ.Technol.[J],2007,14(5):666-672.

［6］Z.J.Sun,X.Y.Zhang,H.Huang,H.Q.Fu and H.Q.Chen,Journal of Wuhan University of Technology--Materials Science Edition[J],2008,23(2).

［7］R.Zana,HCR Adv.-Educ.Rev.[J],1994,(1):145.

［8］H.Kunieda,C.Solans,H.Kunieda,C.Solans,Marcel Dekker,Inc.,NewYork[M],1996,p.21.

［9］Monzer Fanun,J.Mol.Liq.[J],2007,(135):5-13.

［10］Y.Bayrak,M.Iscan,Colloids Surf.,A:Physicochem.Eng.Aspects[J],2005,(268):99-103.

［11］Monzer Fanun,Colloids Surf.,A:Physicochem.Eng.Aspects[J],2009,(343):75-82.

［12］王长龙,杨志宏,聂基兰.南昌大学学报(理科版)[J]，2005,29(1):88-91.