无机/醇类助剂对阴离子/两性离子表面活性剂性能的影响

周 鸿 宇

(陇东学院 化学化工学院，甘肃 庆阳 745000)

表面活性剂在实际应用时通常是在混合体系中，为了保持或增强其在混合体系中的性能，一般会选择添加某些非活性物质——助剂[1-6]。助剂的添加可提高混合体系的表面张力，或可增加表面活性剂的溶解性，改善表面活性剂的抗盐能力，减少或消除混合体系絮凝物或沉淀物的产生[7-15]。本文通过添加无机盐或低级醇，探究助剂分别对典型阴离子表面活性剂ABS和两性表面活性剂BS-12表面张力的影响，为ABS和BS-12的后续应用提供理论指导。

1 实验部分

1.1 实验仪器及药品

仪器：JK99M2型全自动张力仪(上海中晨数字技术设备有限公司)

实验药品：ABS(万象化工有限公司，工业级)；BS-12(万象化工有限公司，工业级)；氯化钠(天津市富宇精细化工有限公司，分析纯)；氯化铵(天津市登峰化工厂，分析纯)；甲醇(天津市富宇精细化工有限公司，分析纯)；正丁醇(天津市天力化学试剂有限公司，分析纯)；去离子水，自制。

1.2 实验方法

准确称取一定量的ABS和BS-12，分别溶于100mL去离子水中，搅拌待完全溶解，测定各自单一溶液的表面张力；将一定量的助剂加入固定浓度的单一表面活性剂溶液中，搅拌，待体系均一后测定其混合溶液的表面张力。

采用全自动表面张力仪测定单一及混合体系的表面张力，作γ-lgc曲线，求出各自体系的临界胶束浓度(cmc)及临界胶束浓度下的表面张力值(γcmc)。

2 结果与讨论

2.1 无机盐(NaCl和NH4Cl)对表面活性剂性能的影响

单一表面活性剂ABS和BS-12溶液的表面张力随浓度的变化规律，以及分别添加不同浓度的NaCl或NH4Cl后混合溶液的表面张力随浓度的变化规律如图1-4所示。

图1 NaCl对ABS表面张力值的影响

图1描述的是无机助剂NaCl对ABS体系表面性能的影响。由图1可知：单一ABS的cmc为1×10-3mol/L，γcmc为28.50mN/m；与单一ABS溶液相比，添加一定浓度的NaCl后，γcmc均没明显变化，但cmc较单一ABS有明显的降低；当NaCl浓度为0.1mol/L时，cmc为0.55×10-3mol/L，降低约50%，而当继续加大NaCl的浓度至0.3mol/L时，cmc可降至2×10-6mol/L，仅为单一ABS的千分之一；随着助剂浓度的继续增大(至0.5mol/L时)，cmc约为0.65×10-3mol/L，依然比单一ABS的低，但显然此时较高的NaCl浓度并没有继续显示出更大的降幅，也就是说，ABS体系中适量加入NaCl对其表面性能有积极的影响。图2描述的是无机助剂NaCl对BS-12体系表面性能的影响。由图可知：单一BS-12的cmc为1.2×10-3mol/L，γcmc为30.70mN/m；NaCl浓度从0.1mol/L增加至0.5mol/L，γcmc和cmc均发生了一定的变化。γcmc先降低再升高，最低时可达28.0mN/m，但都比单一BS-12溶液的低；同样地，加入NaCl后，混合体系的cmc也都降了约1个数量级，实验证明，适量加入NaCl对两性表面活性剂BS-12的表面性能也是有利的。

图2 NaCl对BS-12表面张力值的影响

同理，图3和图4显示了无机助剂NH4Cl对两种表面活性剂的影响。图3中，NH4Cl浓度从0增加至0.1mol/L时，ABS混合体系γcmc变化不明显，cmc降低约1个数量级；继续增加NH4Cl至0.5mol/L时，cmc可低达1×10-5mmol/L。NH4Cl的加入可降低BS-12的γcmc，最低可达27mN/m；当NH4Cl浓度从0增加至0.5mol/L时，两性离子表面活性剂BS-12溶液的cmc可低至6.5×10-5mol/L，降低了约100倍。

图3 NH4Cl对ABS表面张力值的影响

图4 NH4Cl对BS-12表面张力值的影响

显然，一定量的无机助剂NaCl和NH4Cl的加入对两种表面活性剂体系都是有利的。

2.2 有机物(甲醇和正丁醇)对表面活性剂性能的影响

图5-8描述甲醇和正丁醇作为助剂对ABS和BS-12表面性能的影响。

图5 甲醇对ABS表面张力值的影响

图5和图6分别描述了甲醇和正丁醇作为助剂对ABS表面性能的影响。从图中可以看出，两种助剂对阴离子表面活性剂ABS的表面张力值影响不大(γcmc均没明显变化)，但均使其cmc降低；添加甲醇的混合体系的cmc比单一ABS的降低了50%左右，且当甲醇的添加量超过0.3mon/L时，cmc的降幅开始变小，也就是说，添加量为0.3mol/L时，甲醇对ABS体系最有利。正丁醇的加入使得ABS体系的cmc降幅较大，可降一个数量级之多，且随着其添加量从0.1mol/L增加到0.5mol/L时，cmc的变化并没有像添加甲醇一样，而是继续减小，这可能与正丁醇比甲醇的碳链稍长，导致的疏水性稍大有关。

图6 正丁醇对ABS表面张力值的影响

低级醇类助剂对两性离子表面活性剂BS-12的影响则如图7和图8所示。与单一BS-12体系相比，加入醇类助剂后的混合体系的γcmc值都明显减小，说明醇类助剂的加入对BS-12体系是有利的；同样的，醇类助剂的加入使得混合体系的cmc也都降低，从1×10-3mol/L降至约5×10-4mol/L，降幅50%左右。且随着助剂添加浓度从0.1mol/L增加至0.5mol/L，其对体系的有利作用并未明显变化，也就是说，对于BS-12体系，醇类助剂少量加入即可发挥积极的作用。

图7 甲醇对BS-12表面张力值的影响

图8 正丁醇对BS-12表面张力值的影响

3 结论

实验结果表明，一定量的助剂的加入对于ABS和BS-12体系都有正向积极的作用，对于ABS体系，无机助剂(NaCl和NH4Cl)和有机醇类(甲醇和正丁醇)的加入对其γcmc几乎无影响，主要影响体系的cmc值，且无机助剂的影响比醇类更加显著。在所有ABS体系中，加入0.3mol/L的NaCl时混合体系的cmc最低，低至1×10-6mol/L。对于两性离子表面活性剂BS-12体系，助剂的加入对γcmc和cmc都有影响，γcmc从30.7mN/m可降至27.5mN/m，cmc最低时可达5×10-5mol/L(添加0.5mol/L的NH4Cl时)。