吸附与润湿II.Triton X-100和Triton x-305在炭黑/水和炭黑/环己烷界面上的吸附层结构

测定了15℃和30℃时炭黑自水和环己烷中吸附非离子型表面活性剂TritonX-100和Triton X-305的等温线;计算了吸附过程的标准热力学函数;测定了石墨/水/环己烷和石墨/水/空气的接触角与表面活性剂浓度的关系, 分析所得结果,可得结论:在炭黑/水或石墨/水界面上,Triton型表面活性分子形成单分子吸附层,分子以憎水的iso-C8H17C6H4基团附着在表面,而以亲水的聚氧乙烯链伸入水相的方式取向;在炭黑/环已烷或石墨/环己烷界面上,分子是通过聚氧乙烯链吸附到表面上的,当浓度增加时分子在表面可能通过聚氧乙烯链间的相互作用而发生聚集,即可能形成表面反式胶团。     

吸附与润湿 Ⅱ.Triton X-100和Triton X-305在炭黑/水和炭黑/环己烷界面上的吸附层结构

(1)测定了15℃和30℃时炭黑自水和环己烷中吸附非离子型表面活性剂Triton X-100和Triton X-305的等温线;(2)计算了吸附过程的标准热力学函数△G~0、AH~0和△S~0;(3)测定了石墨/水/环己烷和石墨/水/空气的接触角与表面活性剂浓度的关系.分析所得结果,可得结论:在炭黑/水或石墨/水界面上,Triton型表面活性分子形成单分子吸附层,分子以憎水的iso-C_8H_(17)C_6H_4基团附着在表面,而以亲水的聚氧乙烯链伸入水相的方式取向;在炭黑/环己烷或石墨/环己烷界面上,分子是通过聚氧乙烯链吸附到表面上的,当浓度增加时分子在表面上可能通过聚氧乙烯链间的相互作用而发生聚集,即可能形成表面反式胶团.     

支链化甜菜碱和阳离子表面活性剂在聚甲基丙烯酸甲酯表面的吸附及其润湿性质

利用座滴法研究了两性离子表面活性剂支链十六烷基(聚氧乙烯)_n醚羟丙基羧酸甜菜碱(n = 0, 3)和阳离子表面活性剂支链十六烷基(聚氧乙烯)_n醚羟丙基季铵盐溶液在聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)表面上的润湿性质,考察了表面活性剂类型、结构及浓度对接触角的影响趋势。研究发现,表面活性剂浓度低于临界胶束浓度(cmc)时,分子通过氢键以平躺的方式吸附到PMMA界面,亲水基团靠近固体界面, PMMA表面被轻微疏水化;表面张力和粘附张力同时降低,导致此阶段接触角随浓度变化不大。浓度高于cmc时,表面活性剂通过疏水作用吸附,亲水基团在外, PMMA表面被明显亲水改性,接触角随浓度升高显著降低。由于具有相同的支链烷基,表面活性剂类型变化和聚氧乙烯基团的引入对接触角影响不大。     

亚砜类非离子型表面活性剂在固/液界面上的吸附I: 硅胶/水溶液界面上的吸附

测定了癸基和辛基-甲亚基亚砜在硅胶/水溶液界面的吸附以及溶液在石英界面的接触角. 研究了温度和pH值对吸附的影响. 吸附等温线似应归入Giles分类的L4型. 饱和吸附层的平均分子面积为27-30A^2. 二个同系物的γ/γ-c/cmc曲线彼此重叠. 吸附温度系数在低浓度范围是负性的在高浓度范围是正性的. 接触角的测量表面吸附使硅胶表面疏水. 从实验结果考虑到吸附过程由二个阶段组成: 一是在低浓度范围由固体表面和亚砜基之间的相互作用, 另一过程是在高浓度范围中, 被吸附的表面活性剂分子及其在溶液中的疏水作用.     

表面活性剂在固液界面上的吸附理论

本文根据二阶段吸附模型和质量作用定律,首次导出表面活性剂在固液界面上吸附等温线通用公式,可定量解释实验测得的各种吸附等温线,并可求得表面胶团(或反胶团)的聚集数和二吸附阶段的平衡常数。吸附热力学计算表明,表面胶团亦为疏水作用的熵驱动过程,反胶团化则为极性基间相互作用或形成氢键的结果。     

表面活性剂在固/液界面吸附理论的新进展

根据两阶段吸附模型~[1], 导出了两常数及一常数吸附等温线公式。不仅可以方便地应用于各种类型的表面活性剂在固/液界面上的吸附数据, 而且具有预示能力。对于显示LS型等温线的体系只需测定第一平台处和饱和的吸附量即可给出整个的吸附等温线。对于离子型表面活性剂在反电性固体上的吸附, 可自一个化合物的吸附预示出一系列同系物在同一吸附剂上的吸附等温线。     

碳氟链与碳氢链表面活性剂在固液界面上的吸附

全氟辛酸及其钠盐和十二烷基硫酸钠在R972上的吸附等温线均为S型或LS型，指示固液界面吸附过程中有表面疏水缔合物生成．碳氟表面活性剂的饱和吸附量显著高于碳氢表面活性剂的饱和吸附量．加电解质于液相使各体系吸附量上升．对于碳氟表面活性剂，甚至引起吸附等温线类型变化．例如，不加电解质时全氟辛酸在R972上的吸附等温线为S型，而加入HCl（c＝0．05mol·dm－3）使吸附等混线变成LS型．全氟辛酸比全氟辛酸钠在R972上的吸附更强．几种表面活性剂在R972上的吸附均随温度升高而减少。应用两阶段吸附模型及通用吸附等温线公式可以很好地解释所得实验结果．     

一种N-酰肌氨酸在四氧化三铁纳米颗粒表面的吸附特征

根据表面活性剂固液界面吸附理论和表面改性颗粒亲水疏水特性及红外光谱分析,提出了不同四条件和表面活性剂用量下不同的吸附模型。     

电位控制ZnO/表面活性剂复合多层膜在固/液界面上的自组装

通过控制固/液界面电极电位的方式, 控制表面活性剂和金属离子在电极表面的自组装, 制备出了高度取向的ZnO/表面活性剂复合多层膜. 对无机层形态和结构进行了分析, 并采用X射线反射率和X射线漫散射研究了电极电位控制下ZnO/表面活性剂复合多层膜在固/液界面的自组装生长. 结果表明, 在一定电位下, 只有当表面活性剂浓度低于其饱和吸附浓度时, 采用阶跃电位沉积方式才能明显改变复合薄膜的周期厚度; 恒电位沉积方式控制电极电位时, 随着沉积电位的提高, 多层膜层状结构由一组层状相变为多组层状相, 同时层状结构的取向变差. 实验研究结果验证了电化学自组装过程是由金属离子的还原速度和表面活性剂的吸附速度二者共同控制完成的.     

十八烷基聚氧乙烯表面空间结构和蛋白质吸附行为研究

为探讨聚合物-水界面十八烷基聚氧乙烯链(SPEO)空间结构和白蛋白选择性吸附行为的内在联系,本文采用聚甲基丙烯酸甲酯接枝十八烷基聚氧乙烯(PMMA-g-SPEO),通过不同热处理方式获得了具有“环形链”(A)和“尾形链”(B)结构的两种模型表面.在A表面,水相接触角随水化时间的延长而迅速降低,最终亲水性的界面可同时有效阻抗白蛋白和纤维蛋白原的吸附,但不呈现对白蛋白的选择性吸附;而在B表面,水相接触角随水化时间的延长变化不大,最终疏水性的界面可在有效阻抗纤维蛋白原的吸附同时,有效诱导白蛋白的选择性吸附,具有聚氧乙烯(PEO)阻抗非特异性吸附和十八烷基选择性吸附协同作用的特点.     

PEO-PPO聚醚嵌段共聚物的表面活性及其在溶液界面的结构

利用和频振动光谱及表面张力测定技术对两亲性聚氧乙烯-聚氧丙烯(PEO-PPO)表面活性剂的表面活性及溶液界面结构进行了研究。结果表明:疏水PPO链段在溶液界面吸附并紧密排列是溶液表面张力降低的主要原因。增加溶液浓度、增大共聚物链内PPO与PEO聚合度比值可增加高分子链在界面的吸附,并使PPO在界面紧密排列,侧基(甲基)有序取向。另外,PPO在分子链中的位置也对这一行为产生影响,PPO位于分子链两端时的结构更有利于PPO在表面紧密堆积,降低界面高分子链间相互作用,减小溶液表面张力。     

CMC型高分子表面活性剂在固/液界面上的吸附

在润湿、乳化、洗涤、分散等应用领域中,表面活性剂分子在界面上的吸附状态对性能有重要影响.另一方面,在化学驱油过程中,表面活性剂分子在氧化物矿物上的吸附是引起表面活性剂损失的主要原因,表面活性剂的损耗量大,将降低采收率及经济效益[1].高分子表面活性剂作为一种多功能的新型表面活性剂在许多领域有广阔的应用前景,但对其性能研究尚处于起步阶段,特别是结构复杂的高分子双亲性共聚物,在吸附、乳化等方面研究尚少报导.羧甲基纤维素系列高分子表面活性剂是采用独特的超声波辐照技术合成的嵌段型共聚物,具有优良的表/界面活性[2],可望用…     

阴离子、阳离子和非离子表面活性剂在纳/微米草酸钙晶体上的吸附差异

研究了尺寸分别为50 nm和3μm的一水草酸钙(COM)和二水草酸钙(COD)晶体对不同电荷表面活性剂的吸附差异,包括阴离子型表面活性剂磺基琥珀酸钠二辛酯(AOT)、阳离子型表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)和非离子型表面活性剂壬基酚聚氧乙烯醚(NP-40),探究了尿液中带不同电荷的分子对纳米、微米尿微晶的影响。结果表明,表面活性剂的吸附量大小为AOTCTABNP-40,即阴离子型表面活性剂的吸附量最大,非离子型表面活性剂的吸附量最小;晶体尺寸相同时,COM的吸附能力稍大于COD;吸附表面活性剂后,晶体表面的ζ电位绝对值都增大,有利于抑制晶体的团聚和沉降。提出了晶体吸附不同表面活性剂的分子模型。不同电荷表面活性剂与纳/微米COM、COD晶体之间存在不同的相互作用。表面活性剂吸附量越大,沉降越慢,对晶体悬浮液的稳定效果越明显。     

阳离子和两性表面活性剂在聚甲基丙烯酸甲酯表面的吸附行为

利用座滴法研究了阳离子表面活性剂十六烷基醚羟丙基季铵盐(C₁₆PC)、十六烷基聚氧乙烯醚羟丙基季铵盐(C₁₆(EO)₃PC)和两性离子表面活性剂十六烷基醚羟丙基羧酸甜菜碱(C₁₆PB)、十六烷基聚氧乙烯醚羟丙基羧酸甜菜碱(C₁₆(EO)₃PB)溶液在聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)表面上的润湿性质, 考察了表面活性剂类型及浓度对接触角的影响趋势. 研究发现: 低浓度条件下表面活性剂分子可能以平躺的方式吸附到固体界面, 且亲水基团靠近固体界面, PMMA表面被轻微疏水化; 在高浓度时则通过Lifshitz-van der Waals 作用吸附, 亲水基团在外, PMMA表面被亲水改性. 聚氧乙烯基团(EO基团)的引入对阳离子表面活性剂的接触角影响不大; 而含有聚氧乙烯基团的两性离子表面活性剂在PMMA界面上以类似半胶束的聚集体吸附, 大幅度降低接触角.     

相反电荷聚电解质/表面活性剂体系界面行为研究新进展

介绍了中子反射在相反电荷聚电解质/表面活性剂体系的界面行为研究中的基本原理.在阐述经典的弱相互作用体系的界面吸附行为和表面张力曲线的基础上,分析了聚合物浓度、电解质、表面活性剂疏水基链长对相反电荷聚电解质/表面活性剂体系表面张力曲线的影响,并结合中子反射实验结果,根据相反电荷聚电解质/表面活性剂体系的表面张力曲线是否出现突跃峰,将其界面吸附行为分为两类并提出了两种类型表面张力曲线对应的理论模型.     

Gemini表面活性剂对疏水缔合聚丙烯酰胺界面吸附膜扩张流变性质的影响

采用小幅低频振荡和界面张力弛豫技术, 考察了疏水缔合水溶性聚丙烯酰胺(HMPAM)在正癸烷-水界面上的扩张黏弹性质, 研究了不对称Gemini表面活性剂C₁₂COONa-p-C₉SO₃Na对其界面扩张性质的影响. 研究发现, 疏水链段的存在, 使HMPAM在界面层中具有较快的弛豫过程, 扩张弹性显示出明显的频率依赖性. 表面活性剂分子可以通过疏水相互作用与聚合物的疏水嵌段在界面上形成类似于混合胶束的特殊聚集体. 表面活性剂分子与界面聚集体之间存在快速交换过程, 可以大大降低聚合物的扩张弹性. 同时, 聚合物分子链能够削弱表面活性剂分子长烷基链之间的强相互作用, 导致混合吸附膜的扩张弹性远低于单独表面活性剂吸附膜.     

支链化阳离子和甜菜碱表面活性剂对聚四氟乙烯表面润湿性的影响

利用座滴法研究了支链化阳离子表面活性剂十六烷基羟丙基氯化铵(C₁₆GPC)和两性离子表面活性剂十六烷基羧酸甜菜碱(C₁₆GPB)在聚四氟乙烯(PTFE)表面上的吸附机制和润湿性质, 考察了表面活性剂浓度对表面张力、接触角、粘附张力、固液界面张力和粘附功的影响趋势. 研究发现, 低浓度条件下, 表面活性剂疏水支链的多个亚甲基基团与PTFE表面发生相互作用, 分子以平躺的方式吸附到固体界面; 支链化表面活性剂形成胶束的阻碍较大, 浓度大于临界胶束浓度(cmc)时, C₁₆GPC和C₁₆GPB分子在固液界面上继续吸附, 与PTFE作用的亚甲基基团减少, 分子逐渐直立, 固液界面自由能(γ_sl)明显降低. 对于支链化的阳离子和甜菜碱分子, 接触角均在浓度高于cmc后大幅度降低.     

不对称Gemini表面活性剂在气/液界面的吸附动力学

合成出由1个亚甲基联接羟基和季铵基头基, 且带两根不同长度烷烃链的不对称Gemini表面活性剂CmH2m+1OCH2CH(OH)CH2N+(CH3)2C8H17Br(记为CmOhpNC8, m=10, 12, 14). 用最大泡压法研究了浓度低于临界胶团浓度时, CmOhpNC8在气/液界面上的吸附动力学. 结果表明, CmOhpNC8表现出很明显的吸附动力学效应. CmOhpNC8向新鲜气/液界面吸附时由扩散过程控制; 当界面上已具有一定吸附量时, 显示出吸附能垒Ea. 随着烷烃链的增长而明显降低, 表明长烷烃链的分子到达亚层后更容易插入表面层,这被归结为分子烷烃链间的疏水相互作用随着链增长而增强所致.     

十二烷基苯磺酸钠在SiO2表面聚集的分子动力学模拟

采用分子动力学方法研究了阴离子表面活性剂十二烷基苯磺酸钠(SDBS)在无定形SiO2固体表面的吸附. 设置不同的水层厚度, 观察固液界面和气液界面吸附的差异. 模拟发现表面活性剂分子能够在短时间内吸附到SiO2表面, 受碳链和固体表面之间相互作用的影响形成表面活性剂分子层, 并依据吸附量的大小形成不同的聚集结构; 在水层足够厚的情况下, 由于有较多的表面活性剂分子吸附在固体表面,从而形成带有疏水核心的半胶束结构; 计算得到的成对势表明极性头与钠离子或水分子之间的结合或解离与二者之间的能垒有关, 解离能垒远大于结合能垒, 引起更多Na+聚集在极性头周围而只有少数Na+存在于溶液中; 无论气液还是固液界面, 极性头均伸向水相, 与水分子形成不同类型的氢键. 模拟表明, 分子动力学方法可以作为实验的一种补充, 为实验提供必要的微观结构信息.     

苄基取代甜菜碱对聚四氟乙烯表面润湿性的影响

利用座滴法研究了两性离子表面活性剂苄基取代烷基羧基甜菜碱(BCB)和苄基取代烷基磺基甜菜碱(BSB)在聚四氟乙烯(PTFE)表面上的润湿性质,考察了表面活性剂浓度对接触角的影响趋势,并讨论了粘附张力、固-液界面张力和粘附功的变化规律.研究发现,在低浓度时,表面活性剂通过疏水作用吸附到PTFE表面,疏水链苄基取代支链化使其在固-液界面上的吸附明显低于气-液界面,接触角在很大的范围内保持不变.当体相浓度增加到大于临界胶束浓度(cmc)时, BCB和BSB分子在固-液界面上继续吸附,分子逐渐直立,造成PTFE-液体之间的界面张力(γ_SL)进一步降低,表面亲水性增加,接触角随浓度增加明显降低;另一方面, BSB由于具有较大的极性头,在高浓度时空间阻碍作用明显,导致其对PTFE表面润湿性改变程度小于BCB.