表面活性劑分子含有親水基和親油基，這種獨(dú)特的結(jié)構(gòu)導(dǎo)致了它的許多特殊的性 能，如能夠降低水溶液的表面張力和油水間的界面張力，能夠?qū)⒂袡C(jī)物增溶于水相或?qū)?水增溶于有機(jī)相，具有乳化、潤(rùn)濕、起泡和消泡作用等等，由于這些特殊的功能，使其 在洗滌劑、化妝品、食品、生物、醫(yī)藥、紡織、采油等行業(yè)得到非常廣泛的應(yīng)用t5M7]。

　　

　　在表面活性劑的實(shí)際應(yīng)用過程中，常與高分子化合物進(jìn)行復(fù)配。如在洗滌劑夂常加 羧甲基纖維素作污垢懸浮劑，防止污垢再沉積?,化妝品中常用一些水溶性高分子作膠體 保護(hù)劑；在三次采油的驅(qū)油體系中加高分子作流度控制劑，起到提高波及系數(shù)和采油率 的作用等。兩者間相互作用的情況直接影響到體系的性能和效果?

　　

　　從理論上講，表面活性劑與高分子的相互作用涉及許多膠體化學(xué)與高分子溶液的基 本問題。兩者混合后使原來的基本性質(zhì)，如表面活性劑的表面活性、聚集數(shù)、增溶能力， 高分子溶液的微觀形態(tài)、粘度、溶解性等均發(fā)生了一定程度的變化，因此，研究表面活 性劑與高分子化合物的相互作用，在理論研究和實(shí)際應(yīng)用方面都具有極為重要的作用 1584氣本文利用K-12表面張力儀對(duì)十二烷基硫酸鈉（SDS)和兩性離子型瓜爾膠（ZGG) 組成的復(fù)配體系進(jìn)行了表面張力的測(cè)定，考察了 ZGG/SDS復(fù)配體系的增效作用^5. 1實(shí)驗(yàn)儀器與藥品表5.1實(shí)驗(yàn)藥品實(shí)驗(yàn)藥品規(guī)格生產(chǎn)廠家十二烷基疏酸鈉.化學(xué)純無水乙醇分析純天津市科密歐化學(xué)試劑開發(fā)鉻酸洗液自制兩性離子型瓜爾膠DS=0.15自制兩性離子型瓜爾膠DS=0.30自制兩性離子型瓜爾膠DS=0.48自制表5.2實(shí)驗(yàn)儀器實(shí)驗(yàn)儀器型號(hào)生產(chǎn)廠家電子天平JJ-1 型常熟市雙杰測(cè)試儀器廠恒溫控制器LYJ-B 型南京桑力電子設(shè)備廠電接點(diǎn)溫度計(jì)8907河北省黃驊儀表廠恒溫磁力攪拌器85-2 型上海日樂儀器廠加熱圈新華玻璃儀器廠真空干燥箱ZK-82A 型上海市實(shí)驗(yàn)儀器總廠真空泵SHB-B95 型鄭州長(zhǎng)城科工貿(mào)有限公司表面張力儀K-12德國(guó)Kruss公司5.2實(shí)驗(yàn)步驟5.2.1十二烷基硫酸鈉的精制將SDS溶解在熱的乙醇溶液中使之飽和，熱煮5min,將布什漏斗預(yù)熱，趁熱過濾 (避免晶體析出損失)，將濾液在冰水混合液中冷卻、靜置、抽濾、干燥，得到SDS晶 體。

　　

　　5.2. 2 ZGG與SDS的復(fù)配兩性表面活性劑的分子結(jié)構(gòu)中同時(shí)含有陽(yáng)離子和陰離子基團(tuán)，當(dāng)環(huán)境有利于兩性表 面活性劑中的正電荷密度（即陽(yáng)離子基團(tuán)）增大時(shí)，兩性表面活性劑有利于降低陰離子 表面活性劑的負(fù)電荷間的排斥作用，使分子排列更加緊密。在某種程度上，陰離子一兩 性表面活性劑混合體系更具實(shí)用意義，這是因?yàn)閮尚员砻婊钚詣┲形磪⒓幼饔玫年庪x子 基團(tuán)可以防止復(fù)合分子完全失去水溶性，這在陰離子一陽(yáng)離子復(fù)配時(shí)常會(huì)發(fā)生。

　　

　　兩性離子型瓜爾膠可以看作是一種聚合物表面活性刑，兼具了高分子和兩性表面活 性劑的雙重特點(diǎn)，十二烷基硫酸鈉（SDS)是一種產(chǎn)量和用量都較大的陰離子表面活性 劑，因此采用SDS與兩性離子型瓜爾膠復(fù)配有利于研究ZGG的性能應(yīng)用將ZGG與SDS按不同質(zhì)量配比復(fù)配，ZGG與SDS的質(zhì)量比分別是0.2/1、0.5/1、 0.7/1、1/1。按照上述質(zhì)量比稱取試樣，轉(zhuǎn)移至40ml小燒杯中，注入約15m]去離子水， 使之溶解。待完全溶解后，移入200ml容量瓶中，定容，搖勻，靜置lh,待用。分別 稱取不同取代度的兩性離子型瓜爾膠，按上述方案配制成溶液，待用。

　　

　　5.2. 3復(fù)配體系表面張力的測(cè)定本文通過K-12表面張力儀測(cè)定了兩性離子型瓜爾膠與十二烷基硫酸鈉組成的兩性? 陰離子表面活性劑不同組分下的表面張力y值，確定其臨界膠束濃度（cmc)值，通過 作Y-IogC曲線得到增效作用最強(qiáng)的摩東配比^表53K-12實(shí)驗(yàn)參數(shù)溫度（r)轉(zhuǎn)速（mm/min〉攪拌時(shí)間（S)基液體積(ml)測(cè)量點(diǎn)個(gè)數(shù)27±0.531550195. 3結(jié)果與討論臨界膠束濃度（cmc)和臨界膠束濃度時(shí)的表面張力(Yc*)是衡量表面活性劑表面活 性的主要參數(shù)，在27：t〇。5TC時(shí)，測(cè)定ZGG-SDS復(fù)配以及它們單獨(dú)存在時(shí)的vMogC曲 線。 5.3.1十二烷基硫酸鈉（SDS)的表面張力十二烷基硫酸鈉（SDS)是一種陰離子表面活性劑，常溫下是白色或淺黃色固體粉 末，具有良好的潤(rùn)濕、浮化、去污發(fā)泡性能，對(duì)皮膚的刺激性較小，廣泛用于日用化工、 牙青、醫(yī)藥等工業(yè)。SDS的表面張力圖如圖5.1所示，由圖中可以看出，它的臨界膠束 濃度為586.56mg^L,此時(shí)對(duì)應(yīng)的Y ?是33.6mN/m。

　　

　　5.3.2 ZGG^u復(fù)配體系的表面化學(xué)性質(zhì)ipgC/(m^L)

　　

　　圖5.2不同?比的ZGGds_?.15?DS的表面張力圖 由圖S.2可以確定復(fù)配體系在不同配比條件下的cmc、Ycmc，結(jié)果列于表5.4。 表面活性劑的表面活性可用其降低水的表面張力的效率(efficiency)和效能 (effectiveness)來衡量，所謂效率是指使水的表面張力降低至某一值時(shí)所需的表面活性 劑濃度，所需的濃度越小，則表面活性越高；而效能則是指表面活性劑所能達(dá)到的最低 表面張力值，通常取表面活性劑在表面吸附飽和，體相內(nèi)開始形成膠束時(shí)所對(duì)應(yīng)的 Tcmc越低表明物質(zhì)的表面活性越髙。

　　

　　根據(jù)圖5.2中的表面張力曲線可以看出，兩性離子型瓜爾膠與陰離子表面活性劑 SDS有顯著的膠團(tuán)化增效作用，表現(xiàn)在復(fù)配體系中即使有少量的ZGG存在，也能使復(fù) 配體系的one較兩單組分的croc有明顯降低，并且cmc值隨著復(fù)配體系中ZGG量的 增加而逐漸減小，在ZGG/SDS=0.7/1時(shí)達(dá)到最低值329 mg/L,效率達(dá)到最大值?從圖 5.2中還可以看出復(fù)配體系還存在降低表面張力的增效作用，即復(fù)配體系所能達(dá)到的最 低表面張力值比單一表面活性劑的更小。單獨(dú)存在的SDS和ZGG的最低表面張力分別 為33.6mN/ni和53mN/m，而兩者復(fù)配后能使體系的最低表面張力降低到28.5mN/tn? 導(dǎo)致上述現(xiàn)象的原因是兩性離子型瓜爾膠ZGG與SDS之間有很強(qiáng)的相互作用，即 ZGG所帶的正電荷對(duì)SDS的陰離子基團(tuán)存在靜電吸引作用，而且ZGG疏水基團(tuán)與SDS 碳?xì)滏溨g還存在一定的疏水相互作用，使得兩者采取比較緊密地排列方式，在水中相 互混合形成混合膠團(tuán)，示意圖如圖5.3所示?從熵增加的原理來看，混合膠團(tuán)形成后， 由于表面活性劑分子之間結(jié)合得更加緊密。極性頭之間的空隙更小，致使表面活性劑親 水基周圍的定向水分子數(shù)目減少，自由水分子增多，混亂度變大，也使膠團(tuán)易于形成表5.4各復(fù)配體系的cmc、Ytmc質(zhì)量比(ZGGDS=O.<I5/SDS)cmc ( mg/L)Ycmc(mN/m)

　　

　　0.00586.5633.602430.0030.40.5430,0028.60.7329.8928.51329.8930.8〇〇3200.2053.2[63-66]O5.3. 3表面活性劑非理想溶液混合體系的相互作用參數(shù)混合膠束相互作用參數(shù)^可以由下面兩式1651求得：(<(敵 12 . '丨 <)]_t(l - x? f ln\cmcl2 ■ (l - JC, )/(l - x^1 ):mc2 ]『_ln[(cwc12-x,)/(t;mc^,m)]—(i-<F式中： < 為組分i在膠束中的摩爾分?jǐn)?shù)；為混合表面活性劑的臨界膠束濃度；C?Wl、CWC2分別為組分1、2的單一體系的臨界膠束濃度《由尸"值可以了解表面活性劑SDS與ZGG在膠束或表面層中分子相互作用的性質(zhì)和程 度。^<〇時(shí)表示2個(gè)組分有相互吸引作用：r>〇時(shí)表示2個(gè)組分有相互排斥作用；r 絕對(duì)值的大小則顯示相互作用的強(qiáng)弱；r=〇時(shí)，表示混合體系中表面活性劑組分的相 互作用與單一表面活性劑體系中同種分子間的相互作用相同，即在膠束中或表面層中為理想混合溶液-利用實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，采用上述兩公式計(jì)算<和計(jì)算結(jié)果如表5. 5所示。 通過實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出，ZGG與SDS之間有相互吸引作用。

　　

　　表5.5 ZGG/SDS復(fù)配體系的膠束組成及相互作用參數(shù)<r0.10.206-4.330060.230.262?3.924370.300.324-5.140550.400.355-5.174695. 3. 4取代度對(duì)ZGG/SDS復(fù)配體系表面化學(xué)性質(zhì)的影響由5.3.2節(jié)中知道，ZGG/SDS的最佳復(fù)配比為0.7/1,因此對(duì)DS=0.48和DS=0.3的 ZGG在相同的復(fù)配體系下測(cè)定其表面張力。由圖5.4可以看出隨著取代度由0.48降低 到0.15,復(fù)配體系的臨界表面張力由31.0raN/m降低到28.5mN/nu出現(xiàn)上述現(xiàn)象的可 能原因是：當(dāng)ZGG的取代度增大時(shí)，其高分子鏈上的季銨根離子和竣酸根離子增多， 分子鏈內(nèi)和鏈間離子基團(tuán)之間的靜電引力增強(qiáng)，削弱了 ZGG所帶的正電荷對(duì)SDS的明 離子基團(tuán)的靜電吸引作用，導(dǎo)致了復(fù)配體系表面張力變化不大。

　　

　　圖5.4不同取代度的ZGG在0.7/1時(shí)的表面張力小結(jié)實(shí)驗(yàn)對(duì)ZGG/SDS組成的復(fù)配體系進(jìn)行了表面張力的測(cè)定研究，考察了它們降低表面張力效率、表面張力能力的增效作用?結(jié)果表明：ZGG/SDS復(fù)配體系具有顯著的膠 團(tuán)化協(xié)同作用和降低表面張力的增效作用，其最大增效質(zhì)量比為a刀I。

　　

　　結(jié)論與展望總結(jié)論J.以二甲胺水溶液和氯乙酸為原料，制備了 N，N-二甲基氨基乙酸，再使其與環(huán)氧 氣丙烷反應(yīng)制取兩性離子型中間體ECDH，即2,3-環(huán)氧丙基二甲銨基乙酸鹽。此實(shí)驗(yàn)具 有方法簡(jiǎn)單、產(chǎn)率高的優(yōu)點(diǎn)^通過正交實(shí)驗(yàn)對(duì)制備N,N-二甲基氨基乙酸的反應(yīng)條件進(jìn)行優(yōu)化，得到較優(yōu)的反應(yīng)條 件是。?反應(yīng)投料比是3:1,反應(yīng)溫度是70’C,反應(yīng)時(shí)間是10h。

　　

　　2.本文采用干法工藝制備了不同取代度的兩性離子型瓜爾膠，利用正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)對(duì) 干法工藝進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)優(yōu)化，得到具有較高取代度，高效率的工藝條件；反應(yīng)時(shí)間為5h, 反應(yīng)溫度為65’C，堿催化劑/瓜爾膠質(zhì)量比是7.5xl(T3, ECDH/瓜爾膠質(zhì)量比是0.625, 此時(shí)取代度能達(dá)到0.544。

　　

　　實(shí)驗(yàn)同時(shí)對(duì)兩性風(fēng)爾膠進(jìn)行了等電點(diǎn)測(cè)定，等電點(diǎn)范圍為pH〗。6-IL52。在等電點(diǎn) 范圍內(nèi)，ZGG具有良好的溶解性，溶液澄清透明。

　　

　　3兩性離子型瓜爾膠水溶液的比濃粘度(nsp/p)隨著濃度的增加而增大，而當(dāng)取代度 增大時(shí)，ZGG的比濃粘度卻逐漸減低；在考察外加鹽濃度范圍內(nèi)，ZGG的特性粘度h] 隨NaCl濃度的增大不但不降低，反而升髙，顯示出明顯的反聚電解質(zhì)性質(zhì)，隨著取代 度的增大，ZGG的特性粘度[TI丨降低；不同外加鹽使水溶液中ZGG的分子線團(tuán)尺寸減少 的能力從強(qiáng)到弱的順序?yàn)镃aCl2>MgCl2>NaCl。

　　

　　4.實(shí)驗(yàn)對(duì)ZGG/SDS組成的復(fù)配體系進(jìn)行了表面張力的測(cè)定研究，考察了它們降低 表面張力效率、表面張力能力的增效作用。結(jié)果表明：ZGG/SDS復(fù)配體系具有顯著的 膠團(tuán)化協(xié)同作用和降低表面張力的增效作用，其最大增效質(zhì)量比為0.7/h最低表面張力 能降低到28.5mN/nu展望瓜爾膠是一種對(duì)環(huán)境友好的天然高分子，因此對(duì)于它的研究與應(yīng)用，是目前國(guó)內(nèi)外 研究者關(guān)注的熱門領(lǐng)域之一?本文采用干法工藝合成了兩性離子型瓜爾膠，為實(shí)現(xiàn)快速、 低成本制備改性瓜爾膠奠定了一些基礎(chǔ)*本文對(duì)兩性離子型瓜爾膠的研究?jī)H僅作了溶液性質(zhì)的研究及與SDS的復(fù)配研究， 由于時(shí)間和條件有限，并沒有對(duì)兩性離子型瓜爾膠的應(yīng)用S能&行測(cè)試，尤其是其在日 化、油田開采等領(lǐng)域中的應(yīng)用，所有的這些有待于進(jìn)一步的研究》

　　

　　本文研究工作是有限的，還有大量更深層次的工作要做，本文中提出的有關(guān)觀點(diǎn)和 理論解釋有待在今后的工作中不斷完菩和充實(shí)。