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二聚表面活性劑的性質(zhì)及其應(yīng)用

來(lái)源：印染在線　發(fā)布時(shí)間：2015年03月27日

二聚表面活性劑突破傳統(tǒng)表面活性劑的單鏈結(jié)構(gòu),通過(guò)一個(gè)間隔鏈將兩個(gè)相同或相似的雙親體,以其親水基或靠近親水基的位置連接起來(lái)(圖1)。正是因?yàn)檫@種獨(dú)特的結(jié)構(gòu),使二聚表面活性劑具有比傳統(tǒng)表面活性劑更優(yōu)良的物化性質(zhì)和應(yīng)用性能。被Ｒｏｓｅｎ譽(yù)為新一代表面活性劑的代表。

目前,國(guó)內(nèi)外對(duì)于二聚表面活性劑物化性質(zhì)及其合成方面的研究報(bào)道較活躍,而關(guān)于其應(yīng)用方面的報(bào)道相對(duì)較少。本文在分析二聚表面活性劑物化性質(zhì)的基礎(chǔ)上,對(duì)其潛在的應(yīng)用前景進(jìn)行了較詳細(xì)的闡述。

1二聚表面活性劑的性質(zhì)

據(jù)傳統(tǒng)的觀點(diǎn),如表面活性劑的ＨＬＢ值相同,那么它們應(yīng)該有相同的臨界膠束濃度(ｃｍｃ)值和Ｃ20值(溶劑的表面張力降低20ｍＮ/ｍ時(shí),溶液中表面活性劑的濃度)。然而,表1所列的數(shù)據(jù)表明,在每個(gè)親水基團(tuán)連接的疏水鏈碳原子數(shù)相等的情況下,二聚表面活性劑的ｃｍｃ值、Ｃ20值要分別比相應(yīng)的單鏈表面活性劑低1個(gè)～2個(gè)和2個(gè)～3個(gè)數(shù)量級(jí)。這主要是由于二聚表面活性劑有兩條疏水鏈,使得水分子有序結(jié)構(gòu)的扭曲程度比只有一條疏水鏈的單鏈表面活性劑大,而溶劑結(jié)構(gòu)的扭曲程度是表面活性劑具有表面活性的基礎(chǔ)。因此,在含水的介質(zhì)中,二聚表面活性劑具有比相應(yīng)的單鏈表面活性劑更高的表面活性、更低的ｃｍｃ和Ｃ20值。與此同時(shí),二聚表面活性劑分子中又含有兩個(gè)親水基團(tuán),使得其在水中的溶解度增加,從而進(jìn)一步提高了表面活性。

二聚表面活性劑另外一個(gè)非常獨(dú)特的性質(zhì)是它的水溶液在低濃度時(shí)表現(xiàn)出流變性。Ｋｅｒｎ等人研究表明,具有短間隔鏈的二聚表面活性劑的水溶液,在濃度超過(guò)ｃｍｃ值時(shí),開(kāi)始產(chǎn)生線狀膠束,隨著濃度增加,其線狀膠束會(huì)逐漸糾纏在一起形成樹(shù)狀膠束,從而導(dǎo)致水溶液黏度增加。

2二聚表面活性劑的應(yīng)用

2.1二聚表面活性劑在常規(guī)領(lǐng)域的應(yīng)用

由于二聚表面活性劑表面活性的增強(qiáng),使其在許多表面活性劑傳統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域里有卓越的應(yīng)用性能。

(1)因?yàn)榫哂懈叩谋砻婊钚?/span>,二聚表面活性劑可以用于生產(chǎn)高效

洗滌劑、乳化劑。在減少活性劑用量的情況下,達(dá)到甚至超過(guò)單鏈表面活性劑的效果。大大減少了生產(chǎn)中原料的用量和副產(chǎn)品的生成量,有效地保護(hù)了環(huán)境。(2)二聚表面活性劑在溶液相中的濃度隨著ｃｍｃ值的降低而減小。因此,該類(lèi)活性劑對(duì)皮膚、眼睛的刺激相對(duì)較低,可以在溫和型個(gè)人護(hù)理品,尤其是嬰幼兒的個(gè)人護(hù)理品中使用。(3)極低的ｃｍｃ值,使得二聚表面活性劑在很低的濃度下即可形成膠束,繼而達(dá)到增溶的效果。因此,該類(lèi)表面活性劑可用做高效增溶劑。同樣,由于它顯著的增溶作用,二聚表面活性劑,尤其是離子型的,可以和一些不溶于水的表面活性劑復(fù)配使用。這些不溶于水的表面活性劑雖能將水的表面張力降到很低,但由于水溶性差,達(dá)不到理想的潤(rùn)濕效果。而通過(guò)復(fù)配既大幅度降低表面張力又改善了潤(rùn)濕能力。(4)二聚表面活性劑的疏水鏈在界面的排列較單鏈表面活性劑更為緊密,能夠在界面形成黏性更大的、更穩(wěn)定的界面膜。因此具有更大的乳液穩(wěn)定性和泡沫穩(wěn)定性。目前,用含01%二聚表面活性劑的乳化劑就可得到穩(wěn)定的乳狀液。(5)離子型二聚表面活性劑從結(jié)構(gòu)上說(shuō),有兩個(gè)極性基團(tuán),有兩倍的電荷,它能夠更強(qiáng)烈地吸引電中性的或帶相反電荷的表面活性劑。因此,當(dāng)復(fù)配的表面活性劑中含有二聚表面活性劑時(shí),能取得更好的復(fù)配效果。(6)由于在一定濃度下,二聚表面活性劑表現(xiàn)出一定的黏彈性。因此,在化妝品的配方中加入二聚表面活性劑將有助于化妝品黏度的形成。

2.2二聚表面活性劑在特殊領(lǐng)域中的應(yīng)用

2.2.1在生物學(xué)上的應(yīng)用

據(jù)研究表明,季銨鹽型的表面活性劑,包括單鏈表面活性劑和二聚表面活性劑,可以將復(fù)雜的蛋白質(zhì)分子分裂成若干多肽鏈,對(duì)細(xì)菌的活性產(chǎn)生抑制作用。Ｌｉｅｎ和Ｐｅｒｒｉｎ研究發(fā)現(xiàn),隨著ｃｍｃ值的降低,季銨鹽型表面活性劑的殺菌能力呈直線增加。因此,ＣｓＨ2ｓ-α、ω-[(ＣＨ3)Ｓ2Ｎ+Ｃ10Ｈ21Ｂｒ-]2(記為10-Ｓ-10,2Ｂｒ)型二聚表面活性劑,由于其ｃ

ｍｃ值較低,可以作為高效抗菌劑使用。

2.2.2在電動(dòng)色譜中的應(yīng)用分離

膠束電動(dòng)色譜法(ＭＥＫＣ)是最近發(fā)展起來(lái)的分離技術(shù)。該法采用離子型膠束溶液作為洗脫液,通過(guò)電泳作用,對(duì)吸附于硅膠上的電中性的待分離物進(jìn)行分離。其分離原理是基于電中性的待分離物在膠束和水之間分布的差異。因此,分離效果的好壞直接取決于離子型表面活性劑的選擇。以前常用的是十二烷基硫酸鈉(ＳＤＳ)。近來(lái),Ｔａｎｂａｋａ等人研究表明,磺酸鹽型二聚表面活性劑具有較低的ｃｍｃ值和Ｋｒａｆｆｔ點(diǎn),在低濃度下洗脫液黏度較低,有利于分離操作的進(jìn)行,其分離效果比通常使用的十二烷基硫酸鈉好。

2.2.3在其他方面的應(yīng)用

一些二聚表面活性劑,如16-Ｓ-16,2Ｂｒ和12-Ｓ-12,2Ｂｒ型表面活性劑,它們的膠束形狀隨著間隔鏈碳原子數(shù)Ｓ的增大而發(fā)生一系列的變化:線狀膠束→球狀膠束→囊泡。這種由合成的表面活性劑形成的囊泡有許多潛在的應(yīng)用價(jià)值。比如,(ａ)作為藥物的傳遞系統(tǒng)用于藥物的捕獲與釋放;(ｂ)作為特殊的反應(yīng)催化劑;(ｃ)使用在光化學(xué)太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化中。

3最新進(jìn)展

在人們對(duì)環(huán)保這個(gè)問(wèn)題日益敏感的今天,如何使表面活性劑對(duì)環(huán)境產(chǎn)生盡量少的影響成為一個(gè)急待解決的課題。目前,可通過(guò)兩種方式設(shè)計(jì)新的環(huán)保型表面活性劑。(1)降低表面活性劑的使用量,從而減輕環(huán)境凈化的負(fù)擔(dān)。如前所述,二聚表面活性劑的表面活性顯著增強(qiáng)可起到減少用量的作用。(2)在表面活性劑的使命完成以后,將其分解成一些更小的部分,協(xié)助廢水的處理。最近,科學(xué)家們?cè)O(shè)計(jì)了3種二聚表面活性劑(如圖2所示),這些表面活性劑的不飽和溶液通過(guò)臭氧化作用進(jìn)行分解。