咪唑啉表面活性劑是一種優良的兩性表面活性劑 , 它具有良好的潤濕性､抗靜電性及生物降解性 , 并對人的皮膚刺激性極小｡因此具有廣泛的發展前景｡在合成的基礎上 , 對其表面活性及與其他表面活性劑的協同效應進行了研究｡近 10 年來 , 人們試圖從理論上確定二元混合體系的偏差情況 , 用分子相互作用參數βm β σ 分別表示混合表面活性劑兩組分在膠團及表面相中相互作用的程度｡若βm =0, β σ =0 則為理想混合體系 , 即兩種表面活性劑分子間相互吸引作用等于兩相同分子間的吸引作用｡若βm >0, βσ >0 則產生正偏差 , 兩種表面活性劑分子間相互吸引作用比同種分子間相互吸引作用弱｡Βm <0, β σ <0, 產生負偏差 , 意味著兩種表面活性劑分子間相互吸引作用比同種分子間吸引作用強｡因此 , 增強了膠團吸附層中分子相互吸引力 , 使膠團更易形成 , 吸附層更為緊密｡呈現出混合cmc值更低 , 吸附量更大 , 在cmc下的表面張力γcmc 更小 , 總體表現出活性更強 , 其性質 - 組成曲線上有最低點 , 即呈現出協同效應｡
1 實驗部分
1.1 2-十一烷基- n -羧甲基- n -羥乙基咪唑啉的合成反應式 :
操作步驟 : 在 300 g甲苯中加入 50 g月桂酸和 22 g羥乙基乙二胺 , 混合溶解后 , 在 150 ℃左右不斷攪拌 , 同時用泵抽出生成的水與月桂酸的混合液 , 反應時間為 5 h~ 8 h｡然后改用減壓蒸出未反應的羥乙基乙二胺 , 即得到 (Ⅰ) ｡將 (Ⅰ) 與等物質的量的氯乙酸混合 , 加入naoh調節ph至 13, 加熱到 90 ℃~ 100 ℃ , 待ph降至 8 ~ 8.5 時 , 即可得到粗品 ( Ⅱ ), 經純化及真空干燥 , 即得純品 ( Ⅱ ), 然后將其配成一定濃度的溶液 , 進行表面張力的測定｡
1.2 表面張力的測定
用恒溫管 , 將測試溫度誤差控制在± 0.1 ℃ , 去離子水和待測溶液恒溫 10 min后 , 用最大氣泡法測定表面張力｡分別測定 10 ℃､ 20 ℃､ 30 ℃､ 40 ℃､ 50 ℃下的表面張力｡將測得的表面張力根據公式轉換成相應的熱力學函數列于表 1 ､表 2 中｡
表 1 2- 十一烷基 - n - 羥乙基咪唑啉水溶液中膠束化的熱力學函數
用上述方法將咪唑啉與amt復配測定混合液的協同效應｡
2 結果與討論
2.1 咪唑啉的表面活性
從表 1 數據可見 , 不同溫度下 , △g°mol均為負值 , 說明在標準狀態下易于發生膠束化過程｡△s°mol在不同溫度下皆為正值 , 表明在標準狀態下該表面活性劑分子加入到膠束中的過程易于發生｡
從表 2 數據可見 , 該表面活性劑在不同溫度下降低表面張力的效率pc 20 及效能πcmc與甜菜堿兩性表面活性劑接近 , 二者均具有良好的表面性能｡
2.2 咪唑啉與陰離子表面活性劑 ( amt ) 復配的協同效應判定
兩種表面活性劑復配后的協同效應主要表現在降低表面張力的效率和能力以形成膠團能力三方面｡
降低表面張力效率的協同效應 :
判定標準 : β σ <0;| in c 1 / c 2 |<| β σ |
式中 : c 1 °和c 2 °分別為達到指定表面張力時單一表面活性劑組分 1 和 2 溶液的濃度｡
形成膠團能力的協同效應判定標準 :
Β m <0;| in ( cmc 1 / cmc 2 ° )|<| β m |
降低表面張力的協同效應判定標準 :
式中c 1 ° ( cmc ), c 2 ° ( cmc ) 是指兩單一表面活性劑的γ值與混合溶液的最低表面張力γ cmc 值相等的濃度｡在實驗條件下 , 分子相互作用參數為 :
將咪唑啉與n - 月桂酸 - n - 甲基牛磺酸鈉 ( amt ) 混合體系的表面張力實驗曲線作出 ( 圖 1), 并用上述公式計算出分子相互作用參數β σ ｡
上述測定溫度為 25 °± 1 ℃ , μ =0.1 mol·dm -3 ( 加入nabr ) ｡從表 3 ~表 5 中可見 , 陰離子表面活性劑 ( amt ) 與咪唑啉兩性表面活性劑的二元混合體系在降低表面張力效率 , 形成膠團能力及降低表面張力能力上均具有較好的協同效應｡以此為基礎 , 我們還測定了陰離子 ( amt ) 與陽離子型､amt與非離子型的協同效應 , 這種對于今后用其他陰離子取代價格較高的amt的復配提供了有力的理論依據｡
