薛林雨 葉賜能 徐雅心 方歆倩 高一峰 胡學(xué)一 方 云

（江南大學(xué)化學(xué)與材料工程學(xué)院，江蘇無錫，214000）

表面活性劑已被應(yīng)用于生產(chǎn)和生活的方方面面，實(shí)際應(yīng)用中常采用表面活性劑復(fù)配體系，以利用其復(fù)配效應(yīng)或協(xié)同作用產(chǎn)生比各自單獨(dú)使用時(shí)更好的特性和功效，使其具有更高的應(yīng)用價(jià)值[1,2]。近年來，含硅表面活性劑由于其獨(dú)特的性質(zhì)越來越受關(guān)注，已被廣泛應(yīng)用于洗滌用品等日用化學(xué)品中。它自身無毒性，用于織物洗滌時(shí)安全性更好；其柔軟性賦予織物洗滌后柔軟滑爽的手感并提高彈性；其整理性使衣物變得筆挺且耐皺；其抗靜電性還能使衣物具有吸濕透濕性，穿著美觀舒適，可達(dá)到風(fēng)格化、高檔化及功能化的質(zhì)量效果。含硅表面活性劑具有優(yōu)良的穩(wěn)定性、潤濕性以及降低表面張力的能力，在紡織、印染、油漆和皮革等生產(chǎn)領(lǐng)域也有廣泛的應(yīng)用[3-5]。通常將含硅表面活性劑與其他表面活性劑，特別是碳?xì)浔砻婊钚詣?fù)配使用，能夠展現(xiàn)出更優(yōu)異的性能和更高的性價(jià)比[5]。含硅表面活性劑主要是非離子型有機(jī)硅聚醚共聚物，以聚硅氧烷鏈為疏水基，聚醚為親水基。相比陽離子和陰離子型含硅表面活性劑，非離子型含硅表面活性劑具有在水溶液中不電離、較小的親水親油平衡值（HLB）及較高的表面活性和潤濕性等優(yōu)勢。在已經(jīng)報(bào)道的一些非離子型含硅表面活性劑與陰離子、陽離子及非離子型碳?xì)浔砻婊钚詣┓謩e混合的體系中，均表現(xiàn)出良好的協(xié)同增效作用[6,7]。

圖1 含硅表面活性劑與碳?xì)浔砻婊钚詣?fù)配物對降低cmc的協(xié)同作用

圖2 含硅表面活性劑降低碳?xì)浔砻婊钚詣┍砻鎻埩Φ淖饔?/p>

圖3 含硅表面活性劑降低碳?xì)浔砻婊钚詣┙佑|角的顯著作用

1 與非離子型碳?xì)浔砻婊钚詣?fù)配

Pukale[8]等將聚醚類三硅氧烷表面活性劑（AG-pt）與月桂醇聚氧乙烯醚（LA-10）或壬基酚聚氧乙烯醚（NP-10）混合，測定了表面活性劑混合體系的臨界膠束濃度（cmc）、表面張力、接觸角等性質(zhì)。圖1顯示碳?xì)浔砻婊钚詣﹩为?dú)存在或與含硅表面活性劑以1∶1比例共混時(shí)的cmc，可以看出：含硅表面活性劑使非離子型碳?xì)浔砻婊钚詣┑腸mc降低，也能使陰離子型碳?xì)浔砻婊钚詣┦榛交撬徕c（SDBS）的cmc降低一個(gè)數(shù)量級，因此，無論碳?xì)浔砻婊钚詣┑腸mc比含硅表面活性劑高或低，兩者均產(chǎn)生了降低cmc的協(xié)同效應(yīng)。圖2表明：當(dāng)表面活性劑濃度達(dá)到cmc時(shí)，含硅表面活性劑與碳?xì)浔砻婊钚詣﹥烧唛g雖未產(chǎn)生降低表面張力的協(xié)同效應(yīng)，但含硅表面活性劑可以將各種碳?xì)浔砻婊钚詣┑谋砻鎻埩偷脚c自身相仿的水平。這是因?yàn)椋号c碳?xì)浔砻婊钚詣┫啾?，含硅表面活性劑在表面上具有更緊密的分子排列，這種分子緊密程度控制了含硅表面活性劑共混物的表面張力值[9,10]。表面活性劑在不同基材上的潤濕性可以通過觀察接觸角來確定，接觸角小表明容易潤濕固體表面。圖3顯示了表面活性劑溶液在玻璃上和聚四氟乙烯表面上的接觸角，由于含硅表面活性劑本身具有很低的接觸角，因此觀察到盡管它與碳?xì)浔砻婊钚詣┍舜碎g沒有產(chǎn)生降低接觸角的協(xié)同效應(yīng)，但大幅提高碳?xì)浔砻婊钚詣煞N測試表面的潤濕性。以上含硅表面活性劑對三種性能的改善作用充分說明其與碳?xì)浔砻婊钚詣?fù)配充分發(fā)揮了自身低表面張力和小接觸角的拉低效應(yīng)，以及在降低cmc方面的協(xié)同作用，使其用于洗滌劑中可能幫助除去紡織品上不同的復(fù)雜污漬。進(jìn)一步的去污實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：當(dāng)碳?xì)浔砻婊钚詣┡c含硅表面活性劑的比例為75∶25時(shí)觀察到最大的去污力。

圖4 不同濃度PTS下表面張力與BAC-12濃度的關(guān)系

圖5 不同濃度PTS下初始泡沫高度與BAC-12濃度的關(guān)系

2 與陽離子型碳?xì)浔砻婊钚詣┑膹?fù)配

盛友杰[11]等研究了聚三硅氧烷表面活性劑（PTS）與陽離子表面活性劑十二烷基二甲基芐基氯化銨（BAC-12）復(fù)配體系的相關(guān)性質(zhì)，通過最大泡壓法測定了上述混合體系的表面張力。圖4中將表面張力顯示為相應(yīng)于不同PTS添加量時(shí)BAC-12濃度的函數(shù)，PTS濃度為0.1%時(shí)混合體系的表面張力與0.01%和0.001%時(shí)混合體系的表面張力與濃度的關(guān)系間表現(xiàn)出不同的趨勢。當(dāng)PTS濃度為0.1%時(shí)，混合物的表面張力已經(jīng)低于BAC-12水溶液的cmc（約0.066%）處相應(yīng)的表面張力。此時(shí)氣液界面的PTS分子已經(jīng)飽和，少量BAC-12加入到0.1%PTS溶液中時(shí)將被吸附到氣/液界面，并且在氣/液界面處發(fā)生PTS和BAC-12之間的競爭性吸附，這將導(dǎo)致氣/液界面處PTS分子數(shù)量的相對減少。隨著BAC-12濃度的增加，PTS分子逐漸被BAC-12分子取代，直到達(dá)到混合物的cmc。 由于碳?xì)浔砻婊钚詣┙档退谋砻鎻埩Φ哪芰θ跤诤璞砻婊钚詣?，所以混合物的表面張力將隨BAC-12濃度增加而增加。而PTS濃度為0.01%和0.001%時(shí)混合體系的表面張力隨BAC-12濃度增加而下降，這表明：由于聚硅氧烷的高柔性和取向性，PTS在表面吸附中起主導(dǎo)作用。

用Ross-Miles方法評估混合物的起泡能力和泡沫穩(wěn)定性。圖5為PTS對BAC-12泡沫高度的影響，顯示出PTS對BAC-12泡沫高度的協(xié)同效應(yīng)，隨著PTS濃度的增加，BAC-12溶液的發(fā)泡能力得到提高。影響發(fā)泡能力的因素很多，如表面張力，表面活性劑的結(jié)構(gòu)類型以及所帶電荷等。 碳?xì)浔砻婊钚詣┑陌l(fā)泡能力實(shí)質(zhì)上由其親水基團(tuán)及電荷決定，而溶液的低表面張力可以促進(jìn)發(fā)泡，因?yàn)樘砑覲TS后表面張力降低，所以BAC-12的發(fā)泡能力增強(qiáng)。 另一方面，含硅表面活性劑分子與碳?xì)浔砻婊钚詣┓肿踊旌夏z束的cmc降低也可能有助于混合物的泡沫增加。圖6用5min時(shí)的泡沫高度和初始泡沫高度的比值（R5）來表示泡沫穩(wěn)定性?？梢钥闯觯汉璞砻婊钚詣┑募尤肷僭S，提高了碳?xì)浔砻婊钚詣┑呐菽€(wěn)定性，且0.01% PTS的混合物的泡沫穩(wěn)定性最好。

圖6 不同濃度PTS下泡沫穩(wěn)定性R5與BAC-12濃度的關(guān)系

圖7 不同濃度PTS下表面張力與SDBS濃度的關(guān)系

圖8 不同濃度PTS下初始泡沫高度與SDBS濃度的關(guān)系

圖9 不同濃度PTS下泡沫穩(wěn)定性R5與SDBS濃度的關(guān)系

3 與陰離子型碳?xì)浔砻婊钚詣┑膹?fù)配

從圖1-3中還可以看出，含硅表面活性劑與陰離子型碳?xì)浔砻婊钚詣?fù)配的研究主要集中在十二烷基苯磺酸鈉（SDBS）。PTS/SDBS混合溶液的表面張力結(jié)果如圖7所示，可以看出：PTS對SDBS表面張力的影響與其對BAC-12的影響呈現(xiàn)出相同的趨勢。說明非離子含硅表面活性劑可以有效降低碳?xì)浔砻婊钚詣┑谋砻鎻埩?，且在混合體系的表面吸附中起主導(dǎo)作用。

圖8顯示了PTS對SDBS泡沫高度的協(xié)同效應(yīng)。圖9是PTS對SDBS泡沫穩(wěn)定性的影響。SDBS溶液的泡沫穩(wěn)定性隨SDBS濃度的增大而增大；加入PTS后，復(fù)配體系的泡沫穩(wěn)定性增強(qiáng)?？梢钥闯觯簾o論碳?xì)浔砻婊钚詣┑碾x子類型如何，在含硅表面活性劑和碳?xì)浔砻婊钚詣┑幕旌衔镏校寄苡^察到明顯的泡沫協(xié)同效應(yīng)，表現(xiàn)為發(fā)泡能力增強(qiáng)和泡沫穩(wěn)定性提高，且都隨著含硅表面活性劑濃度的增加而提高。作為泡沫工業(yè)中廣泛使用的碳?xì)浔砻婊钚詣?dāng)其單獨(dú)水溶液產(chǎn)生的泡沫不能滿足某些工業(yè)領(lǐng)域的要求時(shí)，采用與含硅表面活性劑的復(fù)配體系所表現(xiàn)出的優(yōu)良泡沫性能，則為其提供了應(yīng)用前景。

4 結(jié)語

含硅表面活性劑通常與碳?xì)浔砻婊钚詣?fù)配使用，非離子含硅表面活性劑與非離子、陽離子或陰離子型碳?xì)浔砻婊钚詣?fù)配時(shí)均會(huì)產(chǎn)生良好的協(xié)同增效作用或產(chǎn)生復(fù)配效應(yīng)。含硅表面活性劑的加入會(huì)使碳?xì)浔砻婊钚詣┧芤旱谋砻鎻埩︼@著降低，復(fù)配體系水溶液的起泡性和泡沫穩(wěn)定性得到提高，因而在需要泡沫的工業(yè)領(lǐng)域有良好的應(yīng)用。同時(shí)，含硅表面活性劑在降低碳?xì)浔砻婊钚詣┑慕佑|角方面表現(xiàn)出良好的性能，能更好地潤濕物體從而有助于增強(qiáng)去污力，因而，在日用化工行業(yè)有廣闊的應(yīng)用前景。