界面擴張流變學精準助力綠色高效表面活性劑的研發

關鍵詞：綠色表面活性劑、界面擴張流變、振蕩滴、粘彈模量、ESr-O一體化解決方案

摘  要：通過擴張流變測量，研究表面活性劑分子在界面吸附膜的吸附特性，分子排列和構象，對研發綠色高效表面活性劑實現精準指導。

       表面活性劑在工業、農業和日常生活中有著廣泛的應用，據統計每年僅家用洗滌劑的消費量就約為七千多萬噸。然而表面活性劑的大量使用導致嚴重的水和土壤污染，對水生生物、動植物和人類產生極其不利的影響。因此，*的研究人員都在尋找環境友好的 “綠色高效表面活性劑”來取代目前使用的體系，希望產生更好的生態影響，實現人類的可持續發展。在眾多候選者中氨基酸類表面活性劑無疑是的一類，它可由不同的氨基酸和脂質等天然產物高效合成并獲得不同的物理化學性質來滿足不同領域的應用要求。研究表明，通過氨基酸類表面活性劑與其他表面活性劑體系進行科學合理的復配可進一步提高表面活性劑的效能。通過振蕩懸掛液滴進行的界面擴張流變研究是一種很好的配方優化工具，有助于更好地理解表面活性劑在界面上的吸附特性、分子排列和構象。

       北京工商大學的徐寶才教授團隊成功地將月桂酰甘氨酸鈉（C12-Gly-Na）作為一種具有代表性的氨基酸表面活性劑，與十二烷基硫酸鈉（SDS；陰離子）、十二烷基*基溴化銨（C12TAB；陽離子）和Triton X-100（非離子）等不同的表面活性劑進行復配以研究其對界面行為的影響，來獲得綠色高效的表面活性劑配方。通過界面擴張流變學研究，他們推斷混合體系比純C12-Gly-Na具有更高的界面活性。尤其是在C12-Gly-Na/C12TAB混合體系中，CMC低且界面擴張模量高，界面上形成了粘彈性薄膜。多數表面活性劑的界面擴張模量隨著濃度的增加會呈現出一個大值，但由于C12-Gly-Na氨基氫鍵的存在會導致產生兩個大值，而在C12TAB存在下因為強靜電相互作用占主導地位C12-Gly-Na的第二個大值消失。這為氨基酸類表面活性劑在化妝品、食品、日用化工等領域的大規模應用開辟了道路，為綠色高效氨基酸表面活性劑的界面行為的研究提供了有價值的信息。

  圖1: C12-Gly-Na及其復配體系的表面性質與流變性質

       在這項工作中，使用接觸角測量OCA 25和振蕩注射器模塊ESr-O（圖2）研究了界面擴張等特性與時間、頻率和濃度的相關性（圖1）。這種設備組合是一種測量擴張流變特性、靜態和動態接觸角、固體表面自由能、液體表面和界面張力的一體化解決方案。

圖2: OCA25組合ESr-O機械振蕩模塊，實現多功能一體化表面和界面物性分析儀器

使用儀器：dataphysics OCA25+ESr-O 接觸角(擴張流變）測量儀

(廠家：Dataphysics Instruments GmbH, 德國)

詳細請參閱：

[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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