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(Delta-8)橄欖油兩性表面活性劑之間的協同作用和陰離子表面活性劑——摘要、介紹、實驗部分

來源:上海謂載 瀏覽 138 次 發布時間:2021-12-29

摘要


用表面張力法研究了橄欖油兩性表面活性劑(羧基甜菜堿OCB和磺基甜菜堿OSB)與陰離子表面活性劑十二烷基苯磺酸鈉(SDBS)在不同摩爾分數下的表面性質。研究了無機鹽(NaCl、MgCl2)的加入對OCB/SDBS和OSB/SDBS體系表面活性的影響。結果表明,這兩種混合體系在所研究的所有摩爾分數上都比它們各自的組分具有更低的CMC值和更高的表面活性。同時,根據正規溶液理論,通過膠束相互作用參數(βm)確定了OCB/SDBS和OSB/SDBS之間明顯的協同作用。觀察到,αOCB=0.6時的OCB/SDBS混合體系和αOSB=0.6時的OSB/SDBS混合體系表現出最強的協同作用。此外,添加無機鹽后,二元表面活性劑混合物表現出更好的表面活性,并且無機鹽金屬離子的不同價態對混合體系的表面能力影響不同:Mg2+>Na+。

介紹


兩性離子表面活性劑在酸性溶液中具有陽離子行為,在堿性溶液中具有陰離子行為,這是由于結構中同時存在帶正負電荷的親水部分。[1]一般來說,它們對皮膚和眼睛溫和,并顯示出優良的物理化學性質,如高表面活性、良好的水溶性、高效乳化和生物降解能力。[2]兩性離子表面活性劑是近年來的一個研究熱點,從科學和工業角度來看,其發展最為迅猛。鑒于兩性離子化合物成本高,通常與其他類型的表面活性劑結合使用;此外,從天然植物油中提取的兩性離子表面活性劑也得到了廣泛的開發。[3,4]


生物基表面活性劑由于其物理化學性質低、可再生性強等特點,越來越受到人們的關注。生物質已被引入實際生產中作為原料,植物油因其豐富的供應、普遍可用性和良好的生物降解性而成為應用最廣泛的生物制劑之一。[5,6]根據數據,許多研究報告了生物基兩性離子表面活性劑的多種合成工藝和優異的表面活性。[7,8]然而,關于兩性離子表面活性劑與植物油協同作用的研究很少。


膠束化是自發的過程,但混合膠束化可能是協同作用或拮抗作用。[9–15]協同作用被定義為一種現象,在這種現象中,與相應的單一組分相比,混合表面活性劑系統具有顯著優越的界面和膠體性質。因此,混合膠束通常優先用于醫藥配方、提高石油回收率、家庭清潔和個人護理產品。[16,17]由于兩性離子和陰離子表面活性劑的混合在二元表面活性劑體系中的優越相關性及其廣泛的應用,探索植物油衍生的兩性離子表面活性劑和陰離子表面活性劑的混合行為將非常有益。


在這項工作中,我們以橄欖油、橄欖油羧基甜菜堿(OCB)和橄欖油磺基甜菜堿(OSB)為基礎合成了羧基甜菜堿和磺基甜菜堿表面活性劑。通過FT-IR和ESI-MS對其結構進行了表征。為了討論合成的兩性表面活性劑在兩性狀態下的協同效應,測量了它們的等電點(pI)以揭示在不同pH值下水溶液中的電荷狀態。然后在一定的等電點上進行了表面性質和協同作用的實驗??疾炝耸榛交撬徕c(SDBS)制備的表面活性劑在整個摩爾分數范圍內的臨界膠束濃度(CMC)、表面張力(γCMC)和其他表面活性參數。使用Clint方程分析了CMC與CMCid的偏差,以描述兩性離子/陰離子表面活性劑系統的非理想混合行為。根據規則溶液理論,評估了混合膠束中的膠束組成(X1m)和相互作用(βm),該理論已用于解釋許多二元表面活性劑系統的非理想行為。研究了無機鹽金屬離子NaCl和MgCl2的不同價態對OCB/SDBS和OSB/SDBS體系表面活性的影響。


實驗段


材料


所有化學試劑均按接收時使用,無需進一步純化。橄欖油(AR)由Acros Organics提供。二甲氨基乙胺(DMAEA,99%)和氯乙酸鈉(98%)為分析級,從阿爾法Aesar購買。氫氧化鈉(NaOH,99%)、氯化鈉(NaCl,99.5%)、氯化鎂(MgCl2,99.5%)、甲苯(99.5%)、異丙醇(99.5%)、乙酸乙酯(99.5%)、石油醚(99.5%,沸點為30-60℃)、四氯化碳(99.5%)、2-羥基-3-氯丙烷磺酸鈉(CHPS-Na,98.5%),醋酸(99.5%)和醋酸鈉(98%)來自國藥集團化學試劑北京有限公司。十二烷基苯磺酸鈉(SDBS)為工業級,從北京化工廠獲得。在整個實驗過程中,使用來自北京中陽永康環境科學有限公司凈化系統的高純度水(0.10μs/cm)。


橄欖油合成兩性離子表面活性劑


羧基甜菜堿和磺基甜菜堿表面活性劑OCB和OSB已通過兩步程序成功合成,如方案1所示。第一步是以DMAEA為中間體,從橄欖油的甘油三酯中分離出單甘酯,制備橄欖油酰胺(OA)。第二步是OA分別與氯乙酸鈉和CHPSNa進行季銨化。具體程序如下:


方案一。OCB和OSB的合成,其中R是不同的烷基鏈。


在OA的合成中,將0.05 mol橄欖油、0.025 mol NaOH和20 mL甲苯添加到500 mL三頸燒瓶中。在40℃下逐滴添加0.15 mol DMAEA,并在100℃下回流攪拌反應混合物8小時。然后,用乙酸乙酯萃取所得中間體,并在減壓下通過旋轉蒸發器除去溶劑。


在OCB的合成中,將0.01 mol OA溶解在25 mL水/異丙醇混合物(2:1,vol/vol)中,并與0.02 mol氯乙酸鈉懸浮液在75℃下逐滴添加在25 mL水/異丙醇混合物(2:1,vol/vol)中反應。反應在90℃回流下進行10小時。OCB用乙酸乙酯萃取,溶劑在減壓下通過旋轉蒸發器去除。


在OSB的合成中,將0.01 mol OA溶解在水/異丙醇混合物(1:2,vol/vol)中,并逐滴添加到0.02 mol CHPS-Na與25 mL水/異丙醇(1:2,vol/vol)的混合物中。反應在85℃回流下進行12小時。


在第二步的整個過程中,每隔一段時間引入少量NaOH以保證堿性條件(堿性條件有利于季銨化反應,且乙酸鈉和CHPS-Na在強堿下易水解)。[18]


刻畫


使用安捷倫科技700 GC/MS-7890A GC系統,采用氣相色譜-質譜(GC-MS)分析橄欖油的成分。制備的表面活性劑的結構通過Nicolet islo傅里葉變換的傅里葉變換紅外光譜儀(FT-IR)和AB SCIEX API 3200 LC/MS/MS光譜儀的正離子模式電噴霧電離質譜儀(ESI-MS)進行鑒定。通過未反應叔胺試驗確定了甜菜堿的產率。[18]


等電點測量


測量等電點(pI)以揭示所制備的表面活性劑在不同pH值的水溶液中的電荷狀態。通過測量pH值和電導率,檢測制備的兩性離子表面活性劑不帶凈電荷的pH范圍。通過0.1 mol/L NaOH和0.1 mol/L HCl水溶液調節pH值,并在25℃下在SevenExcellence多參數儀上記錄電導率。[19]


表面張力的測量表面活性劑水溶液的平衡表面張力在25℃下,在Kibron Delta-8上,通過Wilhelmy平板法在10-7–10-1 mol/L的濃度范圍內測定。表面張力是三次測量的平均值,數據在0.2mN/m范圍內可重復。