摘要：為深入分析表面活性劑在流體界面上的吸附機制，利用界面張力弛豫方法，研究2-羥基-3-辛基-5-癸基苯磺酸鈉(C8C10)和2-羥基-3-癸基-5-辛基苯磺酸鈉(C10C8)在空氣-水表面和癸烷-水界面上的擴張流變性質(zhì)，考察羥基鄰位烷基鏈長(cháng)度變化對分子界面行為的影響，獲得表面活性劑結構對極限擴張彈性、擴張黏性最大峰值以及相關(guān)特征頻率的濃度依賴(lài)性的影響規律。結果表明:羥基取代烷基苯磺酸鹽分子中羥基鄰位的長(cháng)鏈烷基傾向于沿界面伸展，表現出較強的分子間相互作用;對于表面吸附膜，界面分子重排的慢過(guò)程控制膜性能，羥基鄰位烷基鏈長(cháng)越大，膜強度越大，C10C8極限擴張彈性高達178 mN/m，擴張黏性最大值約62 mN/m;對于界面吸附膜，擴散-交換過(guò)程控制膜性質(zhì)，鄰位長(cháng)鏈烷基的影響變小。

前言

陰離子表面活性劑是應用最廣泛的一種表面活性劑，主要包括烷基羧酸鹽、烷基磺酸鹽、烷基苯磺酸鹽、石油磺酸鹽和木質(zhì)素磺酸鹽等。其中，烷基苯磺酸鹽的特點(diǎn)是能產(chǎn)生低的表面張力和油水界面張力，具有較強的去污、起泡和乳化能力，廣泛用于洗滌劑、印染助劑、染色分散劑、塑料乳化劑等領(lǐng)域，還可用于三次采油、涂料、纖維等工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程。

迄今為止，對不同烷基取代及支鏈化結構的烷基苯磺酸鈉的合成和性能關(guān)系的研究已相當深入，而對羥基取代烷基苯磺酸鹽的研究則較少。在苯環(huán)上引入羥基，一方面能增加表面活性劑的親水性，對其潤濕、滲透等性能造成影響；另一方面，當羥基取代烷基苯磺酸鹽分子吸附到界面上時(shí)，苯環(huán)上的磺酸基和羥基均傾向于與水分子作用，對烷基苯磺酸鹽分子具有“定位”作用，能夠增強吸附膜的強度，有利于泡沫和乳狀液的穩定性。因此，研究羥基取代烷基苯磺酸鹽在流體界面上的行為，具有重要的理論意義和應用前景。

表面活性劑在流體界面上形成的吸附膜是存在擴散-交換過(guò)程的動(dòng)態(tài)膜，對分子界面行為和膜強度的研究難度較大。界面擴張流變是目前研究吸附膜的最為有效的手段。通過(guò)界面擴張流變參數，可以獲得界面上分子排布特征、分子間相互作用和界面聚集體的信息。Wu等利用周期振蕩法考察了2-羥基-3，5-長(cháng)鏈烷基苯磺酸鈉的界面動(dòng)態(tài)擴張模量，發(fā)現界面上分子重排導致了動(dòng)態(tài)模量出現極值現象。同時(shí)，苯環(huán)上多親水基的“定位”作用，使得取代烷基間發(fā)生纏繞等作用，界面膜強度明顯增強，模量數值遠高于普通烷基苯磺酸鹽。

周期振蕩法雖然是目前研究界面膜流變性質(zhì)的主要實(shí)驗方法，但受限于當前的儀器條件，工作頻率較低，一般不高于1 Hz。而表面活性劑分子的擴散-交換、界面上單分子的取向變化等過(guò)程的特征弛豫時(shí)間較快，大于1 Hz，這就導致周期振蕩法獲得的信息有限。界面張力弛豫法是擴張流變研究手段的重要組成部分，它通過(guò)對界面張力的衰減曲線(xiàn)進(jìn)行多指數擬合，計算得到不同頻率下的擴張流變參數，能夠從理論上獲得擴張彈性和黏性的全頻率譜，是周期振蕩法的有效補充。

本文利用界面張力弛豫法，考察不同結構的羥基取代烷基苯磺酸鹽的界面擴張流變性質(zhì)，獲得分子在界面上的微觀(guān)行為的信息，以期對烷基苯磺酸鹽類(lèi)陰離子表面活性劑的應用起到指導作用。

1實(shí)驗部分

1.1實(shí)驗樣品及試劑

2-羥基-3-辛基-5-癸基苯磺酸鈉（C8C10OHphSO3Na）、2-羥基-3-癸基-5-辛基苯磺酸鈉（C10C8OHphSO3Na），均為實(shí)驗室自制，純度大于99%，臨界膠束濃度分別為3.35×10-6mol/L和1.35×10-6mol/L，分子結構如圖1所示；正癸烷，分析純，天津博迪化學(xué)有限公司產(chǎn)品；實(shí)驗用水為經(jīng)重蒸后的去離子水，電阻率≥18 MΩ·cm。

圖1羥基取代烷基苯磺酸鈉的結構式及縮寫(xiě)

1.2實(shí)驗方法

采用界面擴張流變儀進(jìn)行實(shí)驗。待體系完全達到平衡之后，通過(guò)對懸掛氣泡/液滴的突然擾動(dòng)，利用滴外形分析方法測定表/界面張力響應，進(jìn)行表面/界面張力弛豫實(shí)驗。擾動(dòng)幅度為15%，擾動(dòng)時(shí)間為1 s。實(shí)驗溫度控制在（30.0±0.5）℃。水相為用二次蒸餾水配制的不同濃度C8C10和C10C8溶液，油相為正癸烷。

1.3數據處理

界面張力弛豫實(shí)驗是通過(guò)對瞬間形變后的界面張力（γ）躍遷對時(shí)間（t）的衰減曲線(xiàn)進(jìn)行Fourier變換（FT）得到界面擴張流變參數的方法。對于一個(gè)存在多種弛豫過(guò)程的實(shí)際體系，由于弛豫過(guò)程具有可加和性，因此，衰減曲線(xiàn)可以用多指數方程的和來(lái)表示：

式中：τi為第i個(gè)過(guò)程的特征頻率；Δγi為第i個(gè)過(guò)程界面張力的貢獻；n為總過(guò)程的個(gè)數。

對于一個(gè)幅度為ΔA的瞬間界面形變過(guò)程，在形變停止后，在一定頻率（ω）下擴張頻率模量（ε）的數值可以通過(guò)對界面張力衰減曲線(xiàn)的Fourier變換得到，如式（2）所示：

將式（1）帶入式（2），變形可得不同頻率條件下的界面擴張彈性（εd）和擴張黏性（εi）的計算公式為：