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Langmuir槽法研究不同電性Gemini表面活性劑對界面吸附膜性質(zhì)的影響（一）
來源：?物理化學(xué)學(xué)報(bào) 瀏覽 717 次 發(fā)布時(shí)間:2025-08-01
利用Langmuir槽法研究了含聚氧乙烯醚鏈中間鏈的兩性Gemini表面活性劑C8E4NC12、陽離子Gemini表面活性劑C12NE3NC12和陰離子Gemini表面活性劑C8E4C8在空氣/水表面和癸烷/水界面上的擴(kuò)張性質(zhì)，考察濃度對3種Gemini表面活性劑溶液表、界面擴(kuò)張性質(zhì)的影響。結(jié)果表明，由于分子間存在庫侖引力，兩性Gemini分子表現(xiàn)出較高的擴(kuò)張彈性和粘性，且界面擴(kuò)張性質(zhì)類似于表面。對于有相同電荷Gemini分子，C8E4C8分子中的剛性苯環(huán)導(dǎo)致其疏水長鏈在表面上的取向不同于C12NE3NC12分子，兩者表現(xiàn)出不同的表面擴(kuò)張性質(zhì)；而油分子能改變同電荷Gemini分子中長鏈烷基的取向，造成其界面擴(kuò)張彈性和粘性遠(yuǎn)低于表面。提出了不同電性Gemini分子在界面排布的示意圖，并利用弛豫過程的特征參數(shù)進(jìn)行了驗(yàn)證。
Gemini表面活性劑是具有雙親水雙親油特殊結(jié)構(gòu)的一類表面活性劑，因其結(jié)構(gòu)的特殊性和分子結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的多樣性，使其在性質(zhì)和應(yīng)用方面有別于其他表面活性劑，具有表面活性更高，臨界膠束濃度（cmc）更低等特點(diǎn)。
界面擴(kuò)張流變通過對平衡界面實(shí)施規(guī)律性或突然的擾動，獲得界面吸附膜的動態(tài)信息。研究界面擴(kuò)張性質(zhì)有助于弄清發(fā)生在界面膜內(nèi)和附近的主要弛豫過程，加深對界面膜微觀性質(zhì)的認(rèn)識。針對不同的頻率范圍，界面擴(kuò)張粘彈研究可以采用Langmuir槽、懸掛滴振蕩技術(shù)等。
目前對Gemini表面活性劑在溶液和界面的性質(zhì)和應(yīng)用研究很多，但對Gemini表面活性劑溶液擴(kuò)張粘彈的研究相對較少。主要工作如下：Wu等用Langmuir槽法在低頻（0.005-0.1 Hz）研究相濃度、溫度和電解質(zhì)對1,2-乙基~二甲基十二烷基溴化銨（C12C2C12·2Br）表面擴(kuò)張粘彈影響，同時(shí)研究對比了C12C2C12·2Br與凝膠、十二烷基三甲基溴化銨（DTAB）與凝膠的表面聚集行為。隨表面活性劑濃度增加，界面上的凝膠逐漸被C12C2C12·2Br和DTAB取代，C12C2C12·2Br與凝膠的相互作用強(qiáng)于DTAB.Zhang等利用Langmuir槽法在低頻（0.005-0.1 Hz）研究了表面活性組分（硬酯醇和十八烯酸）和不對稱陰離子Gemini表面活性劑C12CO2Na-p-C9SO3Na油水界面擴(kuò)張性質(zhì)，發(fā)現(xiàn)表面活性組分的濃度是影響混合吸附層擴(kuò)張性質(zhì)的重要因素。用同樣方法研究了C12CO2Na-p-C9SO3Na與部分水解的聚丙烯酰胺（HPAM）在癸烷/水界面的擴(kuò)張粘彈性質(zhì)，并考察電解質(zhì)對C12CO2Na-p-C9SO3Na和HPAM擴(kuò)張粘彈性質(zhì)的影響。Acharya等利用氣泡振蕩法研究了2,3-雙十二烷基~1,2,3,4-丁基~四羧酸鈉鹽（GS）的界面擴(kuò)張流變行為。對分子中同時(shí)含有陰離子和陽離子親水基的Gemini表面活性劑擴(kuò)張流變的研究尚有待開拓，對不同電性Gemini表面活性劑的擴(kuò)張性質(zhì)也有待研究。
本文以合成的類似結(jié)構(gòu)、不同電性Gemini表面活性劑C8E4NC12、C12NE3NC12與C8E4C8為模型化合物，利用Langmuir槽法研究其在空氣/水表面和癸烷/水界面上的擴(kuò)張粘彈性質(zhì)，深入地考察表面活性劑分子的特殊結(jié)構(gòu)對界面吸附膜性質(zhì)的影響。
1實(shí)驗(yàn)部分
1.1實(shí)驗(yàn)樣品及試劑
含聚氧乙烯醚中間鏈的Gemini表面活性劑C8E4NC12、C12NE3NC12與C8E4C8,均為本實(shí)驗(yàn)室自制，合成路線、分子結(jié)構(gòu)式及簡稱如圖1所示，相關(guān)的表面性質(zhì)列于表1.從表1中可以看出，兩性C8E4NC12分子的極限分子面積（Amin）較低，分子在空氣/水表面排列緊密。同時(shí)與一般兩性表面活性劑的物理化學(xué)性質(zhì)類似，C8E4NC12有較低的臨界膠束濃度（cmc）和臨界膠束濃度時(shí)的表面張力（γcmc）。正癸烷（C10H22），北京市興津化工廠，化學(xué)純；實(shí)驗(yàn)用水為經(jīng)重蒸后的去離子水，電阻率≥18 MΩ·cm.
表1 C8E4NC12、C12NE3NC12與C8E4C8的表面性質(zhì)
1.2實(shí)驗(yàn)方法
實(shí)驗(yàn)采用上海中晨數(shù)字技術(shù)設(shè)備有限公司JMP2000A界面膨脹流變測定儀測定。正癸烷作為油相，水相為用二次蒸餾去離子水配制的不同濃度表面活性劑溶液，具體實(shí)驗(yàn)方法見文獻(xiàn).恒溫（30℃）條件下，進(jìn)行不同工作頻率（0.005-0.1 Hz）的擴(kuò)張粘彈性實(shí)驗(yàn)。擴(kuò)張粘性的數(shù)據(jù)全部取絕對值。
