2結果與討論

2.1平衡表面張力

分子定向吸附到氣/液界面高效降低溶液的表面張力是表面活性劑的一大特性，表面張力的數據也是研究表面活性劑在界面的組成及自身的結構和性能的基礎。因此，探究了不同EO加合數的AEnCE-Na的表面張力與濃度的關系，結果如圖2所示。由圖2可以看出，溶液的表面張力隨濃度的增大先急劇下降后基本保持不變，此外，還可以得到臨界膠束濃度（cmc）和臨界膠束濃度對應的表面張力（γcmc）。表面活性劑分子在氣/液界面的最大吸附量（Γmax）、每個分子所占的最小截面積（Amin）及表面張力降低20 mN/m所需濃度的負對數（pc20）可以通過公式1）~3）計算得到。

圖2各種樣品在298 K時表面張力與濃度的關系

對于1-1型離子表面活性劑，n值為2;R為氣體常數（R=8.314 J/（mol·K））;T為絕對溫度（T=298 K）;（?γ/?log c）T為濃度達到cmc前，表面張力隨濃度變化曲線的斜率;NA為阿伏伽德羅常數（NA=6.02×1023）;形成膠束的難易程度可以用cmc/c20來表示。從表1中可以得到，隨著EO加合數的增大，AEnCE-Na的cmc和γcmc都逐漸增大，即EO數為3的AE3CE-Na降低表面張力的效率和能力都最強。這主要是因為EO基團較少的分子更傾向于吸附到氣/液界面上，從而表面活性更高。Γmax和Amin的變化趨勢相反，擁有大的Γmax和小的Amin值的表面活性劑分子可以在氣/液界面緊密排列。

表1 298 K時AEnCE-Na（n=3，5，7，9）的參數

2.2動態表面張力

前面已經討論了溶液平衡時的特性與規律，但沒有考慮平衡及老化的時間，而時間因素在實際應用中起著決定性的作用。當表面活性劑分子從本體相遷移到表面時，分子的動態吸附性能會影響表面活性劑的性能。因此，如圖3所示，測試了1 mmol/L的不同EO加合數的AEnCE-Na的表面張力隨時間的變化曲線。

圖3 1 mmol/L的AEnCE-Na（n=3，5，7，9）的表面張力隨時間的變化

由圖3可以看出，溶液的表面張力都得到了明顯的降低。根據Rosen理論，表面張力隨時間的變化依次可分為誘導區、快速下降區、介平衡區和平衡區4個區域。但在系列AEnCE-Na樣品中，都沒有檢測到誘導區，說明樣品的擴散速率都很快，已經超過了儀器的檢測上線（10 ms）。各個樣品在檢測范圍內最終的表面張力從大到小依次為：AE9CE-Na>AE7CE-Na>AE5CE-Na>AE3CE-Na，該結果與平衡表面張力的變化趨勢相一致。

2.3接觸角

表面活性劑在有效改善疏水固體表面潤濕能力的方面起著至關重要的作用，而潤濕能力的強弱主要通過接觸角來表示。因此，測試了1 mmol/L的不同EO加合數的AEnCE-Na的接觸角隨時間的變化，結果如圖4所示。

圖4 1 mmol/L的AEnCE-Na（n=3，5，7，9）的接觸角隨時間的變化

如圖4所示，AEnCE-Na在接近平衡時的接觸角隨EO加合數的增大而增大，其潤濕鋪展能力由強到弱依次為：AE3CE-Na>AE5CE-Na>AE7CE-Na>AE9CE-Na，AE3CE-Na的接觸角最小（θ=40°），潤濕鋪展能力最強。這主要是因為當AEnCE-Na表面活性劑分子達到溶解-吸附動態平衡時，疏水碳鏈與固體石蠟膜相接觸，親水EO鏈在水中。隨著EO鏈的增長，分子的親水性逐漸增強因而更傾向于在水中，而不是吸附到界面上，即分子的競爭吸附減弱。因此，AEnCE-Na的接觸角隨EO加合數的增大而增大。

2.4潤濕性

大表面積的紡織物在實際應用中很難被潤濕，而表面活性劑可以有效改善其潤濕性。采用帆布沉降法[11]在常溫下測試了2 g/L的不同EO加合數的AEnCE-Na的潤濕時間，結果如圖5所示。

圖5質量濃度為2 g/L的AEnCE-Na（n=3，5，7，9）的潤濕時間

從圖5中可以得到，AEnCE-Na的潤濕時間隨EO加合數的增大而增大，也就是說，潤濕能力隨EO數的增大而逐漸減弱，這主要是親水性增強的結果。其中，AE3CE-Na和AE5CE-Na的潤濕時間均小于10 s，樣品的潤濕性能較好。

2.5乳化性

表面活性劑的另一大用途是通過降低油/水界面的界面張力而用作乳化劑，穩定存在的乳液被廣泛應用于食品、藥品和個人護理等方面。因此，測試了不同EO加合數的AEnCE-Na對大豆油和液體石蠟的破乳時間，結果如圖6所示。

圖6質量濃度為2 g/L的AEnCE-Na（n=3，5，7，9）的破乳時間

由圖6可以看出，隨著EO數的增大，AEnCE-Na的破乳時間減小，即乳化能力有微小的減弱，該結果與結構相似的脂肪醇醚羧酸鹽相似，可能是因為增強的親水性破壞了乳液的親水親油平衡值。其中AE3CE-Na的乳化能力最強，對液體石蠟的乳化時間為348 s，對大豆油的乳化時間為935 s，樣品整體對大豆油的乳化效果好于液體石蠟。

2.6泡沫性

在實際的表面活性劑應用領域中，對泡沫有不同的需求，例如，對于手洗洗滌劑及沐浴露等清潔類產品，泡沫豐富的產品往往更受青睞;在機洗及大規模的工業清洗中低泡型的洗滌劑反而更受歡迎。泡沫多的表面活性劑適用于礦物浮選及原油開采，而泡沫少的表面活性劑適用于印刷及制藥行業。表面活性劑的泡沫性能主要包括發泡和穩泡兩個方面。因此，用改進的Ross-Mile法測試了不同EO加合數的AEnCE-Na在30 s和3 min時的泡沫體積，結果如圖7所示。

圖7質量濃度為2 g/L的AEnCE-Na（n=3，5，7，9）的泡沫體積

由圖7可以看出，AEnCE-Na的發泡性隨EO加合數的增大而減弱，而穩泡性卻隨EO加合數的增大而增強。AE3CE-Na的發泡性最強，V30 s=420 mL，AE9CE-Na的穩泡性最強，V3 min/V30 s=81%。這主要是由于EO數增多導致樣品的親水性增強，進而發泡力減弱。此外，當EO數增加時，樣品的黏度也隨之增加，增加的黏度一方面使液膜的表面強度增大，另一方面也使液膜外表面的液體不容易流動，因此提高了樣品的穩泡性。

2.7去污性

洗滌劑在生活和生產中都扮演著重要的角色，而表面活性劑是各種洗滌劑的主要成分。因此，測試了JB-01，JB-02及JB-03三種污布在不同EO加合數的表面活性劑溶液AEnCE-Na中洗滌前后的白度值，并將同一塊污布在洗滌前后的白度值作差，得到如圖8所示的結果。

JB-01是一種非極性污漬，表面活性劑分子主要通過疏水尾鏈與其相作用而達到去除的目的，如圖8所示，EO數最大的AE9CE-Na對JB-01的去污能力最強。JB-03污漬最初是以擴散的形式附著在物體表面，而表面活性劑分子會優先潤濕固體表面，因此污漬會逐漸收縮并最終從固體表面洗去。AEnCE-Na對JB-03的去除能力隨EO加合數的增大而增強。樣品整體對JB-02的去污能力較弱，這主要是因為JB-02的去污是有特異性的，通常需要用與其相對應的蛋白酶來去除。比較不同EO加合數的AEnCE-Na，AE9CE-Na對3種污漬的去污能力最強。

圖8質量濃度為2 g/L的AEnCE-Na（n=3，5，7，9）的去污能力

3結論

本文探究了不同EO加合數的系列脂肪醇醚琥珀酸酯鹽（AEnCE-Na，n=3，5，7，9）表面活性劑的表面活性、接觸角及應用性能。結果表明，AEnCE-Na的cmc、γcmc及平衡時的接觸角都隨EO加合數的增大而增大，說明AE3CE-Na的表面活性和潤濕鋪展能力都最強。在應用性能方面，AE3CE-Na的潤濕性、乳化性和發泡性最佳;AE9CE-Na的穩泡性及去污性最佳。