双子表面活性剂与阴离子表面活性剂复配性能研究

邵国泉，朱 惠，张晴晴，沈 悦，王利利，王 婕，马 伟，闫 攀，汪小强，马继龙*

（1.亳州学院 中药学院，安徽 亳州 236800；2.安徽合大环境检测有限公司，安徽 合肥 230601）

Bunton等率先对双子表面活性剂进行了开创性的探索。Deinega等合成了一族新型两亲分子，其分子结构顺序为：长的碳氢链、离子头基、联接基团、第二个离子头基、第二个碳氢链。Okahara等合成并研究了柔性基团联接离子头基的若干双烷烃链表面活性剂[1-3]。Menger合成了双烷烃链表面活性剂，将这个类型的双亲分子命名为Gemini表面活性剂。Huo等对不同的双子表面活性剂进行了研究。赵剑曦等对Gemini表面活性剂进行了研究。目前双子表面活性剂的研究和应用受到关注[4-5]。近几年表面活性剂可通过复配达到增效作用和协同作用，其目的是提高表面活性剂配方的性能，提高经济效益[1-3,14-17]。

1 双子表面活性剂的结构

1.1 表面活性剂的结构

表面活性剂分子是一种双亲分子，通常由碳氢链或硅烷基、硅氧基或碳氟链构成疏水基和亲水、疏油的极性基团构成亲水基团构成，具有既亲油又亲水的双亲性质，如图1。

图1 表面活性剂两亲示意图

1.2 双子表面活性剂的结构

由图2可以看出，Gemini表面活性剂中含有2个亲水基和2条疏水链，通过联结基团连结在一起。双子表面活性剂被誉为“新一代表面活性剂”，成为表面活性剂的一个活跃研究领域[3]。

图2 Gemini表面活性剂结构示意图

2 实验材料与方法

2.1 实验试剂

十二烷基磺酸钠（化学纯），国药集团化学试剂有限公司，二次重结晶。

双子表面活性剂Gemini-0116，安徽吉米钠环保科技开发有限公司，纯度符合实验要求。

2.2 主要仪器

JK99B型全自动张力仪，上海中晨数字技术设备有限公司。

JC2000Y型接触角/界面张力仪，上海中晨数字技术设备有限公司。

2.3 表面活性剂复配性能研究方法

此实验研究的复配体系是十二烷基磺酸钠SDS与新开发的双子表面活性剂以摩尔质量比为1∶1复配的体系，进行性能研究，包括其的表面张力、CMC、乳化力、起泡力、润湿性能。将双子表面活性剂的性能、普通表面活性剂十二烷基磺酸钠、复配体进行比较。所有实验均在室温下进行。

2.4 表面张力和CMC的研究方法

首先分别测量十二烷基磺酸钠、双子表面活性剂：配制0.1 mol/L的十二烷基磺酸钠水溶液和0.01 mol/L的双子表面活性剂水溶液，改变浓度，测定表面张力，根据所得数据作γ-lg C曲线，得到体系临界胶束浓度(critical micelle concentration，CMC)[8]。

再分别配制0.01 mol/L的十二烷基磺酸钠水溶液和0.01 mol/L的双子表面活性剂水溶液50 mL。将两者混合，混合后体系的总浓度为0.01 mol，体积为100 mL。取样测量其表面张力。取样稀释成不同浓度的混合水溶液，测量不同浓度下改变浓度，测定表面张力，根据所得数据，得到复配体系CMC[8]。

2.5 乳化性能研究方法

首先将十二烷基磺酸钠，双子表面活性剂用蒸馏水分别配制成质量分数0.2%，0.4%，0.5%，0.6%，0.8%，1%的水溶液。采用量筒法测定乳化性能：用移液管移取40 mL样品溶液，放入有玻璃塞的锥形瓶，再由移液管移取40 mL煤油至锥形瓶。用捏紧玻璃塞，振荡5～10次，静置并重复。将乳液移至100 mL特制的具塞量筒中，记录时间，此时水油两相逐渐分开，水相徐徐出现，至水相分出10 mL时，记录分出时间，做五组，取平均值。分出时间作为乳化力的相对比较[10-11]。

再配制以双子表面活性剂在体系中的质量分数为 0.2%、0.4%、0.5%、0.6%、0.8%、1%的 1∶1复配体系溶液，同样采用量筒法测定乳化性能[10-11]。

2.6 起泡性能研究方法

首先将十二烷基磺酸钠，双子表面活性剂用蒸馏水分别配制成质量分数0.2%，0.4%，0.5%，0.6%，0.8%，1%的水溶液。采用试管振荡法测定：室温下，在100 mL具塞刻度试管中加入15 mL的待测溶液。用力振荡50次。记录液体起泡体积，然后静置，记录间隔5 min后的泡沫体积[12]。

配制以双子在体系中的质量分数为0.2%、0.4%、0.5%、0.6%、0.8%、1%的1∶1复配体系溶液，同样采用试管振荡法测定：室温下，在100 mL具塞刻度试管中加入15 mL的待测溶液。用力振荡50次。记录液体起泡体积，然后静置，记录间隔5 min后的泡沫体积[12]。

2.7 润湿性能研究

将十二烷基磺酸钠，双子表面活性剂用蒸馏水分别配制成质量分数0.2%，0.4%，0.5%，0.6%，0.8%，1%的水溶液以及配制以双子在体系中的质量分数为0.2%、0.4%、0.5%、0.6%、0.8%、1%的1∶1复配体系溶液。在室温下，用微量注射器在载玻片表面（载玻片已用蒸馏水反复清洗并真空烘干）滴加一滴表面活性剂液滴，测出表面活性剂溶液的静态接触角[13]。

3 结果与讨论

3.1 表面张力和CMC

测得不同浓度下十二烷基磺酸钠水溶液、双子水溶液以及复配体系的表面张力γ-lg C关系曲线见图3～5；γ及CMC见表1。

表1 不同表面活性剂的CMC和表面张力

图3 十二烷基磺酸钠水溶液的γ-lg C关系曲线

通过上图2、3和表1比较可得，企业新开发的双子表面活性剂的表面活性有市场应用价值。从图6和表1可知，1∶1复配体系的CMC比两者都小，表面张力也小，复配产生了正的加和增效作用，降低了表面张力和临界胶束浓度。

图4 双子表面活性剂水溶液的γ-lg C关系曲线

图5 复配体系的γ-lg C关系曲线

3.2 乳化性能测定

用2.5实验方法测得十二烷基磺酸钠、双子表面活性剂以及复配体系不同质量分数的水溶液的分层时间图如图6。

图6 复配体系和两种表面活性剂水溶液的γ-lg C关系曲线

由图6可知，随表面活性剂含量的增加，表面活性剂体系分出水相的时间越长。将三种体系进行综合比较，分水时间越长，乳化性能越好。

由图6可知新开发的双子表面活性剂的乳化性能好，远比阴离子表面活性剂的乳化性能强，适宜作为乳化剂。同样可得到，在乳化性能方面，复配体系也产生了正的加和增效作用了，随双子的质量分数的增加，分水时间越长。乳化能力越强。

3.3 起泡性能测定

用2.6实验方法测得十二烷基磺酸钠、双子表面活性剂和复配体系不同质量分数水溶液的起泡体积和5 min后的泡沫体积，如图7。

图8以双子在体系中的质量分数表示的复配体系和两种表面活性剂的起泡性能比较起泡体积越大，起泡能力越强，5 min后剩余泡沫体积越大稳定性就越好。由图可知，新开发的双子表面活性剂起泡性能差，稳定性也不好，不适宜做发泡剂。复配以后产生的是负的加和增效作用，起泡能力小，稳定性好。

图7 以双子在体系中的质量分数表示的复配体系和两种表面活性剂的乳化时间

图8 三种不同质量分数水溶液的起泡体积和5 min后的泡沫体积

3.4 润湿性能测定

由2.7实验方法测得十二烷基磺酸钠、双子表面活性剂和复配体系不同质量分数水溶液的接触角如表2。

表2 几种表面活性剂在载玻片上的接触角

由表2可得，企业新开发的双子表面活性剂的接触角小，润湿性能好，有工业市场有应用价值。从表2中还可以看出，将新开发的双子表面活性剂与十二烷基磺酸钠进行1∶1复配，在润湿性能方面产生了正的加和增效作用。接触角越小，润湿性能越好。

4 小结

通过对企业新开发的双子表面活性剂研究，可以得出：所研究的双子表面活性剂具有很低的CMC值和很高的界面活性，与普通阴离子表面活性剂界面张力方面的协同效应，能在较宽的范围内保证具有超低界面张力10-3～10-4mN/m，达到理想的驱油效果，有望成为三次采油用的高效驱油剂。新开发的双子表面活性剂具有很好的乳化能力，和润湿性能，其复配体系在乳化性能方面也产生了正的加和增效作用；可达到很好的乳化、润湿、渗透效果，可用于纺织、化妆品的乳化、润湿剂。此双子表面活性剂的起泡能力较差，其复配体系的起泡能力更差，不适宜做起泡剂。