糖基雙子陽離子表面活性劑與十二烷基硫酸鈉復配性能研究

王 軍，楊許召，李妮妮，鄒文苑

（1.鄭州輕工業學院 材料與化學工程學院，河南 鄭州 450002；2.西安開米股份有限公司，陜西 西安 710061）

目前已經實現工業化的糖基表面活性劑有烷基多苷、葡糖酰胺和糖酯等[1，2]。傳統的季銨鹽型表面活性劑具有良好的抗靜電、柔軟、防腐、殺菌等性能，但缺點是刺激性較強以及與陰離子表面活性劑的復配性差。將糖基表面活性劑的溫和性與季銨鹽型表面活性劑的高效性進行結合，在保持季銨鹽型表面活性劑性能特點的基礎上降低它的刺激性，提高與陰離子表面活性劑的復配性，是近年來表面活性劑研究的熱點。目前報道的糖基陽離子表面活性劑主要是在陽離子表面活性劑上引入糖基[3-7]，而對糖基雙子陽離子表面活性劑（SGCS，分子式見圖1）與陰離子表面活性劑復配性能研究鮮有報道。筆者通過分光光度法和吊片法測定實驗室合成的SGCS與十二烷基硫酸鈉（K12）的復配性能，對其復配體系的表面活性進行評價。

圖1 SGCS結構Fig.1 Structure of SGCS

1 實驗部分

1.1 主要試劑及儀器

糖基雙子陽離子表面活性劑（SGCS），質量分數大于98%，葡萄糖平均聚合度為1.4，參照文獻[8]實驗室自制，根據疏水基碳鏈長度將產品分別標記為C8-SGCS、C10-SGCS、C12-SGCS、C14-SGCS和C16-SGCS；十二烷基硫酸鈉（K12），化學純，中輕物產化工有限公司；十六烷基三甲基溴化銨（CTAB），分析純，天津市光復精細化工研究所；超純水，自制。

722型分光光度計，四川分析儀器廠；K100自動界面張力儀，德國Krüss公司；TTL-10A超純水器，北京同泰聯科技發展有限公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 陰-陽離子表面活性劑復配體系穩定性實驗

配制活性物總摩爾濃度為0.01 mol/L的復配溶液，SGCS/K12和CTAB/K12摩爾復配比分別為1∶0，7∶1，3∶1，5∶3，1∶1，3∶5，1∶3，1∶7和0∶1，振蕩溶液使其混合均勻，紫外可見分光光度計在740 nm處測定溶液透光率，進而判斷復配溶液穩定性。參比溶液為未加入K12的相同摩爾濃度SGCS水溶液。

1.2.2 陰-陽離子表面活性劑復配體系表面張力測定

SGCS/K12復配溶液配制：配制高濃度SGCS及K12水溶液，根據所需SGCS/K12物質量之比計算需移取SGCS與K12溶液體積，將其分別轉入100 mL容量瓶，稀釋至刻度、搖勻，靜置過夜使體系達到穩定。

表面張力測定：采用吊片法，在不同溫度下使用自動界面張力儀測定SGCS/K12復配溶液表面張力（γ），繪制表面張力對溶液摩爾濃度（c）曲線。根據γ-c曲線計算臨界膠束濃度（cmc），cmc時表面張力（γcmc）和降低表面張力的效率（pc20）。pc20=-lg c20，c20是根據γ-c曲線計算水的表面張力被降低20 mN/m時所需表面活性劑摩爾濃度。

2 結果與討論

2.1 復配體系穩定性

2.1.1 陽離子表面活性劑種類

測定1.2.1復配體系透光率判定復配體系穩定性，透光率越大，穩定性越好，實驗結果見表1。

表1 C16-SGCS/K12與CTAB/K12復配溶液透光率Tab.1 Transmittance of the two mixtures of C16-SGCS/K12 and CTAB/K12

由表1可以看出，C16-SGCS/K12復配體系穩定性整體比CTAB/K12復配體系穩定性好。復配比對CTAB/K12復配體系透光率影響比較顯著，特別是在復配比為1∶1時透光率僅為2.0%。相比較，C16-SGCS/K12復配體系受復配比影響較小，在3∶5時透光率最低。因為普通陰、陽離子表面活性劑復配時發生電性中和，降低了表面活性劑的親水性，特別是在復配比為1∶1時更易轉變成絮團或沉淀[9]。SGCS由于在中間連接基處引入了糖苷基，一方面由于葡萄糖具有多個羥基，能與水分子形成氫鍵，提高了表面活性劑親水性；另一方面中間連接基使陽離子親水頭位阻增加，減弱了陰、陽離子結合的緊密度，使之較難產生沉淀或分相。

2.1.2 SGCS疏水基碳鏈長度

控制總活性物摩爾濃度為0.01 mol/L，測定不同疏水基碳鏈長度SGCS與K12復配體系透光率，結果見表2。

由表2可以看出，隨著疏水基碳鏈長度的增加，相同配比SGCS/K12復配體系透光率逐漸下降，穩定性變差。這是由于疏水基碳鏈越長，表面活性劑親水性越低，且長碳鏈表面活性劑Krafft點也較高，二者均影響其透光率；同時可以看出，SGCS/K12復配體系在很大復配比范圍內透光率達到90%以上，說明SGCS/ K12復配體系表現出很好的穩定性。

表2 不同疏水基碳鏈長度的SGCS /K12復配溶液透光率Tab.2 Transmittance of the blend systems of SGCS /K12

2.2 復配體系表面活性

測定30 ℃單組分溶液及C14-SGCS/K12不同摩爾復配比時體系的表面張力與摩爾濃度關系曲線，實驗結果見圖2。

圖2 C14-SGCS/K12復配體系表面張力與摩爾濃度關系曲線Fig.2 Th e surface tension curves of C14-SGCS/K12 with different molar ratios

由圖2可以看出，混合體系表面張力均低于單一表面活性劑表面張力，說明不同比例的C14-SGCS/K12混合體系均具有協同增效作用。γ-lg c曲線上K12單一組分出現最低值現象，而復配體系中沒有此現象出現。這是由于K12單一組分中含有能提高表面活性的雜質，經過復配后，體系的表面活性提高，形成膠束后cmc值下降，與體系中含有雜質對體系cmc的影響能力基本相當，所以隨著雜質增溶到膠束后，體系表面張力并不會上升，最低點消失[10]。由圖2確定C14-SGCS/K12復配體系的cmc、γcmc及pc20列于表3。

由表3可知，cmc、γcmc隨著復配體系中K12加入量的增加均出現先下降后上升的規律，cmc、γcmc在復配比為3∶5時出現最低值，pc20出現最大值，達到最高協同增效作用。

表3 C14-SGCS /K12復配體系表面活性（30 ℃）Tab.3 The surface activity of blend systems of C14-SGCS /K12 at 30 ℃

復配體系cmc均比K12單一組分的cmc低兩個數量級，也低于C14-SGCS的cmc，說明C14-SGCS與K12存在較強相互作用，具有協同增效作用。n（C14-SGCS）∶n（K12）為1∶7～7∶1，混合體系cmc均較低，形成混合膠束能力較強；當n（C14-SGCS） ∶n（K12）=3∶5時出現最低值，說明在此配比下協同效應最大。從cmc下降程度與復配比的關系可以看出，在K12中加入少量的C14-SGCS可以顯著改善體系的表面活性，但在C14-SGCS中加入少量K12對體系表面性能改善不明顯。這是因為C14-SGCS的表面活性明顯高于K12，K12中加入少量C14-SGCS形成的混合體系表面活性明顯提高所致。

復配體系γcmc均低于單一組分γcmc，表現出很好的協同作用，與cmc的變化規律相似，不同的是γcmc降低更明顯。當n（C14-SGCS）∶n（K12）=3∶5時γcmc最小，達到23.69 mN/m，降低水的表面張力的效能明顯提高。

3 結論

1）SGCS/K12復配體系比CTAB/K12復配體系具有更好的穩定性，隨著SGCS疏水基碳鏈長度的增長，SGCS/K12復配體系的透光率逐漸下降，穩定性變差；

2）C14-SGCS/K12復配體系具有明顯的協同增效作用，復配體系的cmc和γcmc都明顯有小于C14-SGCS或K12自身的cmc和γcmc。

3）當C14-SGCS和K12復配比為3∶5時，復配溶液的cmc、γcmc和pc20分別為1.1×10-5mol/L、23.69 mN/m和5.48，顯示了較佳表面活性。