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界面扩张流变学精准助力绿色高效表面活性剂的研发

更新时间:2020-04-21       点击次数:1692

关键词:绿色表面活性剂、界面扩张流变、振荡滴、粘弹模量、ESr-O一体化解决方案

摘  要:通过扩张流变测量,研究表面活性剂分子在界面吸附膜的吸附特性,分子排列和构象,对研发绿色高效表面活性剂实现精准指导。

       表面活性剂在工业、农业和日常生活中有着广泛的应用,据统计每年仅家用洗涤剂的消费量就约为七千多万吨。然而表面活性剂的大量使用导致严重的水和土壤污染,对水生生物、动植物和人类产生极其不利的影响。因此,*的研究人员都在寻找环境友好的 “绿色高效表面活性剂”来取代目前使用的体系,希望产生更好的生态影响,实现人类的可持续发展。在众多候选者中氨基酸类表面活性剂无疑是的一类,它可由不同的氨基酸和脂质等天然产物高效合成并获得不同的物理化学性质来满足不同领域的应用要求。研究表明,通过氨基酸类表面活性剂与其他表面活性剂体系进行科学合理的复配可进一步提高表面活性剂的效能。通过振荡悬挂液滴进行的界面扩张流变研究是一种很好的配方优化工具,有助于更好地理解表面活性剂在界面上的吸附特性、分子排列和构象。

                                                                                                                                                       

       北京工商大学的徐宝才教授团队成功地将月桂酰甘氨酸钠(C12-Gly-Na)作为一种具有代表性的氨基酸表面活性剂,与十二烷基硫酸钠(SDS;阴离子)、十二烷基*基溴化铵(C12TAB;阳离子)和Triton X-100(非离子)等不同的表面活性剂进行复配以研究其对界面行为的影响,来获得绿色高效的表面活性剂配方。通过界面扩张流变学研究,他们推断混合体系比纯C12-Gly-Na具有更高的界面活性。尤其是在C12-Gly-Na/C12TAB混合体系中,CMC低且界面扩张模量高,界面上形成了粘弹性薄膜。多数表面活性剂的界面扩张模量随着浓度的增加会呈现出一个大值,但由于C12-Gly-Na氨基氢键的存在会导致产生两个大值,而在C12TAB存在下因为强静电相互作用占主导地位C12-Gly-Na的第二个大值消失。这为氨基酸类表面活性剂在化妆品、食品、日用化工等领域的大规模应用开辟了道路,为绿色高效氨基酸表面活性剂的界面行为的研究提供了有价值的信息。

 

  图1: C12-Gly-Na及其复配体系的表面性质与流变性质

 

       在这项工作中,使用接触角测量OCA 25和振荡注射器模块ESr-O(图2)研究了界面扩张等特性与时间、频率和浓度的相关性(图1)。这种设备组合是一种测量扩张流变特性、静态和动态接触角、固体表面自由能、液体表面和界面张力的一体化解决方案。

图2: OCA25组合ESr-O机械振荡模块,实现多功能一体化表面和界面物性分析仪器

 

 

使用仪器:dataphysics OCA25+ESr-O 接触角(扩张流变)测量仪

(厂家:Dataphysics Instruments GmbH, 德国)

 

 

详细请参阅:

[1] Interfacial Dilational Rheology of Sodium Lauryl Glycine and Mixtures with Conventional Surfactants; Z. Chen, · P. Zhang, · Y. Sun, · C. Wang, · B. Xu; Journal of surfactants and detergents 2019, 22, 1477-1485; 

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