摘要：為深入分析表麵活性劑在流體界麵上的吸附機製，利用界麵張力弛豫方法，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-水表麵和癸烷-水界麵上的擴張流變性質，考察羥基鄰位烷基鏈長度變化對分子界麵行為的影響，獲得表麵活性劑結構對極限擴張彈性、擴張黏性最大峰值以及相關特征頻率的濃度依賴性的影響規律。結果表明:羥基取代烷基苯磺酸鹽分子中羥基鄰位的長鏈烷基傾向於沿界麵伸展，表現出較強的分子間相互作用;對於表麵吸附膜，界麵分子重排的慢過程控製膜性能，羥基鄰位烷基鏈長越大，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;對於界麵吸附膜，擴散-交換過程控製膜性質，鄰位長鏈烷基的影響變小。

前言

陰離子表麵活性劑是應用最廣泛的一種表麵活性劑，主要包括烷基羧酸鹽、烷基磺酸鹽、烷基苯磺酸鹽、石油磺酸鹽和木質素磺酸鹽等。其中，烷基苯磺酸鹽的特點是能產生低的表麵張力和油水界麵張力，具有較強的去汙、起泡和乳化能力，廣泛用於洗滌劑、印染助劑、染色分散劑、塑料乳化劑等領域，還可用於三次采油、塗料、纖維等工業生產過程。

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係的研究已相當深入，而對羥基取代烷基苯磺酸鹽的研究則較少。在苯環上引入羥基，一方麵能增加表麵活性劑的親水性，對其潤濕、滲透等性能造成影響；另一方麵，當羥基取代烷基苯磺酸鹽分子吸附到界麵上時，苯環上的磺酸基和羥基均傾向於與水分子作用，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，有利於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麵上的行為，具有重要的理論意義和應用前景。

表麵活性劑在流體界麵上形成的吸附膜是存在擴散-交換過程的動態膜，對分子界麵行為和膜強度的研究難度較大。界麵擴張流變是目前研究吸附膜的最為有效的手段。通過界麵擴張流變參數，可以獲得界麵上分子排布特征、分子間相互作用和界麵聚集體的信息。Wu等利用周期振蕩法考察了2-羥基-3，5-長鏈烷基苯磺酸鈉的界麵動態擴張模量，發現界麵上分子重排導致了動態模量出現極值現象。同時，苯環上多親水基的“定位”作用，使得取代烷基間發生纏繞等作用，界麵膜強度明顯增強，模量數值遠高於普通烷基苯磺酸鹽。

周期振蕩法雖然是目前研究界麵膜流變性質的主要實驗方法，但受限於當前的儀器條件，工作頻率較低，一般不高於1 Hz。而表麵活性劑分子的擴散-交換、界麵上單分子的取向變化等過程的特征弛豫時間較快，大於1 Hz，這就導致周期振蕩法獲得的信息有限。界麵張力弛豫法是擴張流變研究手段的重要組成部分，它通過對界麵張力的衰減曲線進行多指數擬合，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。

本文利用界麵張力弛豫法，考察不同結構的羥基取代烷基苯磺酸鹽的界麵擴張流變性質，獲得分子在界麵上的微觀行為的信息，以期對烷基苯磺酸鹽類陰離子表麵活性劑的應用起到指導作用。

1實驗部分

1.1實驗樣品及試劑

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），均為實驗室自製，純度大於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，天津博迪化學有限公司產品；實驗用水為經重蒸後的去離子水，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

1.2實驗方法

采用界麵擴張流變儀進行實驗。待體係完全達到平衡之後，通過對懸掛氣泡/液滴的突然擾動，利用滴外形分析方法測定表/界麵張力響應，進行表麵/界麵張力弛豫實驗。擾動幅度為15%，擾動時間為1 s。實驗溫度控製在（30.0±0.5）℃。水相為用二次蒸餾水配製的不同濃度C8C10和C10C8溶液，油相為正癸烷。

1.3數據處理

界麵張力弛豫實驗是通過對瞬間形變後的界麵張力（γ）躍遷對時間（t）的衰減曲線進行Fourier變換（FT）得到界麵擴張流變參數的方法。對於一個存在多種弛豫過程的實際體係，由於弛豫過程具有可加和性，因此，衰減曲線可以用多指數方程的和來表示：

式中：τi為第i個過程的特征頻率；Δγi為第i個過程界麵張力的貢獻；n為總過程的個數。

對於一個幅度為ΔA的瞬間界麵形變過程，在形變停止後，在一定頻率（ω）下擴張頻率模量（ε）的數值可以通過對界麵張力衰減曲線的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麵擴張彈性（εd）和擴張黏性（εi）的計算公式為：