Page 130 - 《精细化工》2022年第9期

·1848· 精细化工 FINE CHEMICALS 第 39 卷

算饱和吸附量 Γ max 及平均分子面积 A min ，结果如表 还发现，引入芳烷基也可以通过类似的作用达到提
1 所示。 升表面活性的目的。然而，过长的烷基链会导致表
面活性剂的水溶性变差 [15] ，对实际应用产生限制，
表 1 25 ℃时 C 18 DAMSB、UC 18 AMP3SB 及 R 18 DMSA
的表面性质 因而通常引入亲水基团增强表面活性剂的水溶性。
Table 1 Surface properties of C 18 DAMSB, UC 18 AMP3SB 增强水溶性会增加表面活性剂在气/液界面的饱和
and R 18 DMSA at 25 ℃ 吸附量，进而降低表面活性。例如：R 18 DMSA 的烷
CMC/ γ CMC/ Γ max/ A min/ 基链比 Sb16-3 更长，但酰胺键的引入增强了其水溶
样品 2 2
(mol/L) (mN/m) (μmol/m ) nm
性，进而表面活性变差。同样，芥酸酰胺羟基磺基
C 18DAMSB 1.57×10 –5 28.89 3.02 0.54
甜菜碱（EASB）中的羟基提供了良好的水溶性，但
UC 18AMP3SB 1.29×10 –4 31.51 3.42 0.49
表面活性比 U22-DAS 更差。
R 18DMSA 4.14×10 –4 33.23 3.86 0.43
C 18 DAMSB、UC 18 AMP3SB 和 R 18 DMSA 水溶

从表 1 可以看出，C 18 DAMSB 的临界胶束浓度、 液表面张力随温度变化结果如表 3 所示。
–5
γ CMC 和 Γ max 分别为 1.57×10 mol/L、28.89 mN/m 和
2
3.02 μmol/m ，表面性质优于 UC 18 AMP3SB 表 3 不同温度时 C 18 DAMSB、UC 18 AMP3SB 和 R 18 DMSA
水溶液的表面张力
–4
2
（1.29×10 mol/L、31.51 mN/m 和 3.42 μmol/m ） Table 3 Surface tension of C 18 DAMSB, UC 18 AMP3SB
–4
和 R 18 DMSA（4.14×10 mol/L、33.23 mN/m 和 and R 18 DMSA at different temperatures
2
3.86 μmol/m ），这可能是由于长脂肪链中的芳烷基 表面张力/(mN/m)
温度/℃
增大了 C 18 DAMSB 分子的体积，使其在气/液界面的 C 18DAMSB UC 18AMP3SB R 18DMSA
饱和吸附量减小，当 C 18 DAMSB 的浓度逐渐增大并 20 28.50 31.79 33.97
达到饱和时，过量的表面活性剂逐渐脱附，并在溶 40 26.90 30.28 32.31
液中聚集形成胶束。而 UC 18 AMP3SB 在气/液界面 60 25.60 29.77 30.95
吸附排列时，疏水基中的双键使疏水基团发生弯曲 80 24.70 28.91 28.43
折叠，分子间的间距增大，相较于 R 18 DMSA 更易
从表 3 可以看出，C 18 DAMSB 浓度为 2.0×
达到饱和吸附量，并随着浓度的进一步增大而形成
–5
–4
10 mol/L、UC 18 AMP3SB 浓度为 1.5×10 mol/L 及
胶束，因而 C 18 DAMSB 和 UC 18 AMP3SB 表现出更
–4
R 18 DMSA 浓度为 5.0×10 mol/L 的水溶液表面张力
好的表面性能。
随着温度升高而降低，并在 20~80 ℃范围内均保持
对比文献报道中几种磺基甜菜碱的临界胶束浓
较低的表面张力和良好的稳定性，3 种长脂肪链酰
度与表面张力，结果如表 2 所示。
胺丙基磺基甜菜碱均具有良好的耐温性能。
表 2 系列磺基甜菜碱临界胶束浓度及表面张力的比较 2.2 泡沫性能
Table 2 Comparison of CMC and surface tension of series 在 25 ℃时，测试 3 种长脂肪链酰胺丙基磺基甜
of sulfobetaines
菜碱的起泡性和泡沫稳定性，结果如表 4 和图 2 所示。
样品 CMC/(mol/L) γ CMC/(mN/m) 参考文献

Sb16-3 2.9×10 –5 30.46 [20] 表 4 C 18 DAMSB、UC 18 AMP3SB 和 R 18 DMSA 的起泡能力
U22-DAS ① 9.3×10 –6 25.50 [21] Table 4 Foaming ability of C 18 DAMSB, UC 18 AMP3SB
EASB 1.78×10 –5 40.10 [22] and R 18 DMSA
C 18DAMSB 1.57×10 –5 28.89 本文 样品 起泡能力/%
UC 18AMP3SB 1.29×10 –4 31.51 C 18DAMSB 127.3
R 18DMSA 4.14×10 –4 33.23 UC 18AMP3SB 102.9
① 测试温度为 80 ℃。 R 18DMSA 97.6

由表 2 可以发现，长烷基链磺基甜菜碱均具有 从表 4 可以看出，在 3 种长脂肪链酰胺丙基磺
良好的表面活性，且随着烷基链的增长，表面活性 基甜菜碱中，C 18 DAMSB 的起泡能力最优。由图 2
也进一步提升。如疏水基中碳链长度为 16 的十六烷 可知，但 3 种长脂肪链酰胺丙基磺基甜菜碱的泡沫
基磺基甜菜碱（Sb16-3）的临界胶束浓度及对应的 稳定性近似。这可能是由于 C 18 DAMSB 达到临界胶
表面张力均大于碳链长度为 22 的芥酸酰胺磺基甜 束浓度时，表面张力最低，更有利于泡沫的产生，
菜碱（U22-DAS）。这主要是由于烷基链的长度越长， 而 C 18 DAMSB、UC 18 AMP3SB 和 R 18 DMSA 的亲水
表面活性剂的亲水性越差，不利于在气/液界面吸 头基结构相同 [23] ，使溶液的黏度增大的能力相同，
附，且饱和吸附量降低，更容易形成胶束。实验中 因而泡沫的稳定性近似。