兩性表面活性劑是指在同一分子結(jié)構(gòu)中有可能同時存在被橋鏈(碳氫鏈、碳氟鏈等)連接的一個或多個正、負電荷中心(或偶極中心)的表面活性劑[1]。兩性表面活性劑與天然兩性化合物如氨基酸、蛋白質(zhì)一樣，在分子中同時含有不可分離的正、負電荷中心，因而在溶液中顯示獨特的等電點性質(zhì)，這是與其他類型表面活性劑最大和最根本的區(qū)別[2]。兩性含氟表面活性劑的結(jié)構(gòu)特征決定了它具有良好的潤濕、洗凈、增溶、乳化、抗靜電及緩蝕防銹等特性[3]。國內(nèi)外對含氟表面活性劑雖然有了很多相關(guān)研究報道，但高分子兩性含氟表面活性劑的相關(guān)報道甚少。作者以甲基丙烯酸三氟乙酯(TFEMA)、丙烯酸(AA)、氯丙烯(AC)、三甲胺(TMA)為原料，合成高分子兩性含氟表面活性劑。通過紅外光譜對最終產(chǎn)物結(jié)構(gòu)進行表征；并對產(chǎn)品的表面張力、發(fā)泡能力等性能進行了研究，同時考察了合成的兩性含氟表面活性劑的等電點及pH效應(yīng)。
1 實驗部分
1.1儀器與試劑
Avatar-360型FTIR紅外光譜儀，美國Nicolet公司；DDS
1.2合成步驟
在裝有溫度計、回流冷凝管的反應(yīng)器中，加入含氟單體甲基丙烯酸三氟乙酯l
聚合反應(yīng)：
季銨化反應(yīng)：
2結(jié)果與討論
2.1兩性含氟表面活性劑的紅外光譜表征
產(chǎn)品的紅外光譜見圖1(KBr壓片法)。在譜線中，
特征。
圖1 兩性含氟表面活性劑的FTIR譜圖
2.2兩性含氟表面活性劑的溶液性質(zhì)
采用電導(dǎo)-pH法測定不同pH下表面活性劑的電導(dǎo)率，結(jié)果見圖2。
圖2 pH與電導(dǎo)率的關(guān)系
由圖2可知，等電點為pH 4.5～7.5，在此pH范圍內(nèi)共聚物呈現(xiàn)兩性離子的性質(zhì)，整個分子電荷平衡導(dǎo)致電導(dǎo)率低。pH>7.5和pH<4.5時，產(chǎn)物具有較高的電導(dǎo)率，說明整個分子表現(xiàn)較強的離子性質(zhì)。pH<4.5時，產(chǎn)物主要表現(xiàn)為陽離子性質(zhì)，而在pH>7.5時的堿性溶液中主要表現(xiàn)為陰離子性質(zhì)，在pH 4.5～7.5，表面活性劑、以內(nèi)鹽形式存在。實驗過程中，在等電點范圍內(nèi)，該表面活性劑仍有較好的溶解性，這是因為等電點時，雖然整個表面活性劑分子正負電荷平衡，表現(xiàn)出整體的電中性，但其離子特征依然存在，故具有良好的溶解性[5]。由等電點性質(zhì)可看出，所合成的表面活性劑具有兩性表面活性劑的特征。
實驗采用滴重法測定在
圖3 高分子兩性含氟表面活性劑的表面張力
臨界膠束濃度(cmc)是表面活性劑的重要性能參數(shù)之一，是表面活性劑形成膠束的最低濃度。采用表面張力法測定cmc值，由圖3的r—lgp曲線的切點來確定合成的高分子兩性表面活性劑的cmc。得到含氟表面活性劑的cmc為4.0×10-2g·L-1，其rcmc為59.1 mN·m-1。
高分子表面活性劑降低表面張力的能力一般較差，它在溶液中是以一種松散纏繞的方式排列，而低分子表面活性劑在溶液表面形成規(guī)則的定向排列，因而可能導(dǎo)致高分子表面活性劑的表面活性不及低分子表面活性劑。眾多研究結(jié)果證實：常見的兩嵌段或三嵌段共聚物親水、親油鏈段皆位于共聚物的主鏈上，隨相對分子質(zhì)量增大，大分子鏈易于卷曲，形成單分子膠束或多分子膠束，從而削弱表面活性[6]。
pH對兩性表面活性劑的cmc的影響遠大于對非離子表面活性劑的影響，這種影響在含堿性氮的兩性表面活性劑情形中更為重要[7]。在高pH范圍內(nèi)，它表現(xiàn)出陰離子特征，離子特性受pH影響不大。隨著pH的下降，分子結(jié)構(gòu)中的陰離子基團影響減弱，而陽離子基團的影響相對增強，在等電點區(qū)域達到平衡。此時兩性表面活性劑的溶解度達到最低值，cmc
也降到了最低值。在等電點pH以下，分子結(jié)構(gòu)中的陽離子基團逐漸開始占優(yōu)勢，表現(xiàn)出陽離子表面活性劑的特征，cmc又重新增大。這種正、負電荷中心的相對強弱變化與cmc相應(yīng)變化的關(guān)系如圖4所示。
圖4 兩性表面活性劑的cmc與pH的關(guān)系
表面活性劑的泡沫性能通過發(fā)泡力和穩(wěn)泡性來描述，采用攪動法測定發(fā)泡力[8]，考察pH=5時，0和5 min后的泡沫高度h0和h5。表1顯示含氟表面活性劑發(fā)泡能力較十二烷基硫酸鈉(SDS)弱得多，但泡沫的穩(wěn)定性很好。高相對分子質(zhì)量物質(zhì)分子內(nèi)及分子間的復(fù)雜纏繞使表面活性劑疏水基在氣泡表面的吸附膜致密，使泡沫的穩(wěn)定性很好。
表1 表面活性劑溶液的泡沫高度和穩(wěn)定性
兩性表面活性劑在其等電點區(qū)域內(nèi)溶解度最小，吸附性最強。這種特性對其泡沫性能的影響程度取決于在等電點區(qū)域內(nèi)單體的實際濃度到底幾何。對合成的兩性含氟表面活性劑的泡沫性能的pH效應(yīng)進行了研究，結(jié)果見表2。含強堿性N原子的兩性表面活性劑的泡沫性能在較寬的pH范圍內(nèi)變化不大，這表明在其等電點附近仍有可觀的單體濃度。9 J，所以文中合成的高分子兩性含氟表面活性劑含強堿性N原子，在等電點附近同樣具有較好的溶解性能。
表2兩性表面活性劑泡沫性能的pH效應(yīng)
3 結(jié)論
1)以甲基丙烯酸三氟乙酯(TFEMA)、丙烯酸(AA)、氯丙烯(AC)、三甲胺(TMA)為原料，合成一種高分子兩性含氟表面活性劑。
2)合成的高分子兩性含氟表面活性劑等電點在pH 4.5～7.5，臨界膠束濃度為4.0×10
3)高分子兩性含氟表面活性劑含強堿性N原子，pH對表面活性劑的臨界膠束濃度有一定影響，但對泡沫性能影響不大。
參考文獻：
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