改性明胶-十二烷基苯磺酸钠复配体系的表面活性研究

张 莉 刘 峰

（1.济宁职业技术学院，山东 济宁 272000；2.济宁市第十三中学，山东 济宁 272000）

0 引言

表面活性剂与蛋白质的相互作用是近年来的研究热点。明胶与表面活性剂组成的复配体系在生物、日用化工、食品、医药等领域得到广泛应用[1-3]。明胶为动物的皮、骨、软骨、韧带、肌膜等含有的胶原蛋白，经部分水解后得到的高分子多肽的高聚化合物。明胶作为生物材料与表面活性剂的混合物被广泛地应用于食品、医药、化妆品等领域。表面活性剂与明胶组成复配体系，能改善体系表面的物理化学性质，扩大明胶的应用范围。表面活性剂与明胶之间的相互作用已有不少研究[4-5]。明胶具有很多优异的性质与性能，但也有一些不足之处，使其应用范围受到限制，因此各种类型的改性明胶应运而生。但是对于改性明胶与表面活性剂的相互作用研究较少。

该文主要采用表面张力法研究了改性明胶与十二烷基苯磺酸钠（SDBS）的相互作用，从改性明胶浓度、温度以及盐的浓度等方面考察二者之间的相互作用。利用电导率法考察了改性明胶与十二烷基苯磺酸钠（SDBS）复配体系的胶束化性质，并得到相关的热力学参数。

1 实验部分

1.1 实验药品

明胶，化学纯；十二烷基苯磺酸钠（SDBS），化学纯；氢氧化钠，分析纯；氯化钠，分析纯；溴化钠，分析纯；环氧季铵盐，分析纯（以上药品均为国药集团化学试剂有限公司试剂）。

1.2 实验仪器及方法

1.2.1 实验仪器

使用PROCESSOR TENSIOMETER K-100 程序界面张力仪（德国Krüss 公司）。

1.2.2 改性明胶的配制

2.5 g 明胶+46.0 mL 水溶胀，静置溶胀1 h，在40 ℃环境中充分溶解，再加入0.5 mL 2mol/LNaOH+1 mL 环氧季铵盐反应2.5 h～3 h。放入冰箱冷藏待用。

2 结果与讨论

2.1 不同浓度的改性明胶/SDBS体系的表面张力

不同浓度的改性明胶与SDBS 混合体系的表面张力等温线如图1 所示。可以看出，改性明胶浓度一定，SDBS 浓度＜1 mmol·L-1时，混合体系的表面张力随SDBS 的浓度增大而降低，当SDBS 浓度＞1 mmol·L-1时，混合体系表面张力随SDBS 浓度变化平缓。当SDBS 浓度一定时，混合体系的表面张力随改性明胶浓度的增大而降低，这说明改性明胶含量越多，SDBS 越容易与其缔合，且缔合的量越多。但当改性明胶的浓度＞1 g/L 时，SDBS 表面张力的变化减小，说明SDBS 不可能无限的与改性明胶缔合。

图1 不同浓度的改性明胶/SDBS 体系的表面张力等温线

2.2 温度对改性明胶/SDBS体系表面张力的影响

温度对改性明胶/SDBS 混合体系表面张力的影响（改性明胶的浓度均为0.1 g/L）结果如图2 所示。由图2 可以看出，改性明胶/SDBS 体系中，在SDBS 浓度较小时，表面张力受温度影响明显，随着温度的升高而降低。随着SDBS 浓度增加，表面张力值趋于相同。这可能是与SDBS 的水化作用有关，随着温度的升高，SDBS 的水化作用减弱，疏水能力增强，分子运动速度加快，使表面活性剂SDBS 更容易在改性明胶表面吸附，SDBS 与改性明胶间的缔合作用加强，所以改性明胶/SDBS 体系的表面张力下降。

2.3 盐对改性明胶/SDBS体系表面张力的影响

图3 给出了NaCl、NaBr 对改性明胶/SDBS 体系表面活性的影响。混合体系的表面活性随着盐浓度的增加而增强，表面张力减小。改性明胶与SDBS 之间通过静电力发生相互作用[6]，加入盐NaCl 或NaBr 后，Cl-或Br-与SDBS 周围的扩散双电层的正电荷相互作用，屏蔽了电荷间的斥力，从而显著地提高了混合体系的表面活性。实验结果表明，在改性明胶/SDBS 混合体系中无论加入NaCl 还是NaBr，其混合体系的表面张力值随着2 种盐浓度的增加呈降低趋势。在低浓度时，加盐的表面张力与不加盐的表面张力相差不多，这是因为SDBS 浓度很低时，盐的影响可以忽略。

图2 不同温度下改性明胶/SDBS 体系的表面张力

图3 NaCl、NaBr 对改性明胶/SDBS 体系表面张力的影响

2.4 电导率法

电导率的测量是考察表面活性剂胶束化性质的经典方法之一。通过测量不同表面活性剂浓度下的电导率值，并将电导率对表面活性剂的浓度作图，便可得到2 条斜率不同的线段，2 条线段的转折点处所对应的浓度即为 CMC 值，2 条线段斜率的比值即为反离子的胶束离子化程度（α）。由 CMC 值和α值还可进一步得到胶束热力学函数等重要信息。0.1 g/L 明胶、改性明胶与SDBS 体系胶束的离子化程度（α）和热力学参数（K0为反应平衡常数，ΔG0m为Gibbs自由能变化值，ΔH0m和ΔS0m为焓和熵的改变量）所得数值如图4 和表1 所示。从图4、表1 可发现， CMC 值是随着温度的升高而逐渐增大的，所有表面活性剂的ΔG0m均为负值，说明胶束的形成是一个自发过程。ΔH0m同样也都是负值，意味着胶束的形成是一个放热过程。ΔH0m并没有随温度的升高发生重大改变，说明表面活性剂分子疏水链周围的环境没有随温度的升高发生明显变化。ΔG0m主要由较大的ΔS0m贡献。ΔH0m要比TΔS0m值小很多，因此胶束化过程是一个熵驱动过程。

表1 0.1 g/L 改性明胶和SDBS 在不同温度下的参数

图4 0.1g/L 改性明胶（B）和SDBS 在不同温度电导率

3 结论

利用表面张力法，从改性明胶浓度、温度、无机盐等方面考察了改性明胶与十二烷基苯磺酸钠SDBS 混合体系的相互作用，主要得到以下4 个结论。1）对于表面活性剂混合体系来说，当改性明胶浓度一定，SDBS 浓度＜1 mmol·L-1时，混合体系的表面张力随SDBS 的浓度增大而降低，即在降低表面张力方面均表现出协同效应。但当改性明胶的浓度＞1 g/L 时，SDBS 表面张力的变化减小，说明SDBS 不可能无限的与改性明胶缔合。2）改性明胶/SDBS 体系，其表面张力均随着温度的升高而降低。但是温度对改性明胶/ SDBS 体系的影响更为显著。盐的加入使混合体系的表面张力均明显下降，盐的浓度越大，混合体系的表面张力越小。3）改性明胶/SDBS 体系，无论加入NaCl 还是NaBr，其混合体系的表面张力值均随着2 种盐浓度的增加呈降低趋势。在低浓度时，加盐的表面张力与不加盐的表面张力相差不多，这是因为SDBS 浓度很低时，盐的影响可以忽略。4）改性明胶/SDBS 体系胶束的形成是一个自发过程，是一个熵驱动过程。