2结果与讨论

2.1平衡表面张力

分子定向吸附到气/液界面高效降低溶液的表面张力是表面活性剂的一大特性，表面张力的数据也是研究表面活性剂在界面的组成及自身的结构和性能的基础。因此，探究了不同EO加合数的AEnCE-Na的表面张力与浓度的关系，结果如图2所示。由图2可以看出，溶液的表面张力随浓度的增大先急剧下降后基本保持不变，此外，还可以得到临界胶束浓度（cmc）和临界胶束浓度对应的表面张力（γcmc）。表面活性剂分子在气/液界面的最大吸附量（Γmax）、每个分子所占的最小截面积（Amin）及表面张力降低20 mN/m所需浓度的负对数（pc20）可以通过公式1）~3）计算得到。

图2各种样品在298 K时表面张力与浓度的关系

对于1-1型离子表面活性剂，n值为2;R为气体常数（R=8.314 J/（mol·K））;T为绝对温度（T=298 K）;（∂γ/∂log c）T为浓度达到cmc前，表面张力随浓度变化曲线的斜率;NA为阿伏伽德罗常数（NA=6.02×1023）;形成胶束的难易程度可以用cmc/c20来表示。从表1中可以得到，随着EO加合数的增大，AEnCE-Na的cmc和γcmc都逐渐增大，即EO数为3的AE3CE-Na降低表面张力的效率和能力都最强。这主要是因为EO基团较少的分子更倾向于吸附到气/液界面上，从而表面活性更高。Γmax和Amin的变化趋势相反，拥有大的Γmax和小的Amin值的表面活性剂分子可以在气/液界面紧密排列。

表1 298 K时AEnCE-Na（n=3，5，7，9）的参数

2.2动态表面张力

前面已经讨论了溶液平衡时的特性与规律，但没有考虑平衡及老化的时间，而时间因素在实际应用中起着决定性的作用。当表面活性剂分子从本体相迁移到表面时，分子的动态吸附性能会影响表面活性剂的性能。因此，如图3所示，测试了1 mmol/L的不同EO加合数的AEnCE-Na的表面张力随时间的变化曲线。

图3 1 mmol/L的AEnCE-Na（n=3，5，7，9）的表面张力随时间的变化

由图3可以看出，溶液的表面张力都得到了明显的降低。根据Rosen理论，表面张力随时间的变化依次可分为诱导区、快速下降区、介平衡区和平衡区4个区域。但在系列AEnCE-Na样品中，都没有检测到诱导区，说明样品的扩散速率都很快，已经超过了仪器的检测上线（10 ms）。各个样品在检测范围内最终的表面张力从大到小依次为：AE9CE-Na>AE7CE-Na>AE5CE-Na>AE3CE-Na，该结果与平衡表面张力的变化趋势相一致。

2.3接触角

表面活性剂在有效改善疏水固体表面润湿能力的方面起着至关重要的作用，而润湿能力的强弱主要通过接触角来表示。因此，测试了1 mmol/L的不同EO加合数的AEnCE-Na的接触角随时间的变化，结果如图4所示。

图4 1 mmol/L的AEnCE-Na（n=3，5，7，9）的接触角随时间的变化

如图4所示，AEnCE-Na在接近平衡时的接触角随EO加合数的增大而增大，其润湿铺展能力由强到弱依次为：AE3CE-Na>AE5CE-Na>AE7CE-Na>AE9CE-Na，AE3CE-Na的接触角最小（θ=40°），润湿铺展能力最强。这主要是因为当AEnCE-Na表面活性剂分子达到溶解-吸附动态平衡时，疏水碳链与固体石蜡膜相接触，亲水EO链在水中。随着EO链的增长，分子的亲水性逐渐增强因而更倾向于在水中，而不是吸附到界面上，即分子的竞争吸附减弱。因此，AEnCE-Na的接触角随EO加合数的增大而增大。

2.4润湿性

大表面积的纺织物在实际应用中很难被润湿，而表面活性剂可以有效改善其润湿性。采用帆布沉降法[11]在常温下测试了2 g/L的不同EO加合数的AEnCE-Na的润湿时间，结果如图5所示。

图5质量浓度为2 g/L的AEnCE-Na（n=3，5，7，9）的润湿时间

从图5中可以得到，AEnCE-Na的润湿时间随EO加合数的增大而增大，也就是说，润湿能力随EO数的增大而逐渐减弱，这主要是亲水性增强的结果。其中，AE3CE-Na和AE5CE-Na的润湿时间均小于10 s，样品的润湿性能较好。

2.5乳化性

表面活性剂的另一大用途是通过降低油/水界面的界面张力而用作乳化剂，稳定存在的乳液被广泛应用于食品、药品和个人护理等方面。因此，测试了不同EO加合数的AEnCE-Na对大豆油和液体石蜡的破乳时间，结果如图6所示。

图6质量浓度为2 g/L的AEnCE-Na（n=3，5，7，9）的破乳时间

由图6可以看出，随着EO数的增大，AEnCE-Na的破乳时间减小，即乳化能力有微小的减弱，该结果与结构相似的脂肪醇醚羧酸盐相似，可能是因为增强的亲水性破坏了乳液的亲水亲油平衡值。其中AE3CE-Na的乳化能力最强，对液体石蜡的乳化时间为348 s，对大豆油的乳化时间为935 s，样品整体对大豆油的乳化效果好于液体石蜡。

2.6泡沫性

在实际的表面活性剂应用领域中，对泡沫有不同的需求，例如，对于手洗洗涤剂及沐浴露等清洁类产品，泡沫丰富的产品往往更受青睐;在机洗及大规模的工业清洗中低泡型的洗涤剂反而更受欢迎。泡沫多的表面活性剂适用于矿物浮选及原油开采，而泡沫少的表面活性剂适用于印刷及制药行业。表面活性剂的泡沫性能主要包括发泡和稳泡两个方面。因此，用改进的Ross-Mile法测试了不同EO加合数的AEnCE-Na在30 s和3 min时的泡沫体积，结果如图7所示。

图7质量浓度为2 g/L的AEnCE-Na（n=3，5，7，9）的泡沫体积

由图7可以看出，AEnCE-Na的发泡性随EO加合数的增大而减弱，而稳泡性却随EO加合数的增大而增强。AE3CE-Na的发泡性最强，V30 s=420 mL，AE9CE-Na的稳泡性最强，V3 min/V30 s=81%。这主要是由于EO数增多导致样品的亲水性增强，进而发泡力减弱。此外，当EO数增加时，样品的黏度也随之增加，增加的黏度一方面使液膜的表面强度增大，另一方面也使液膜外表面的液体不容易流动，因此提高了样品的稳泡性。

2.7去污性

洗涤剂在生活和生产中都扮演着重要的角色，而表面活性剂是各种洗涤剂的主要成分。因此，测试了JB-01，JB-02及JB-03三种污布在不同EO加合数的表面活性剂溶液AEnCE-Na中洗涤前后的白度值，并将同一块污布在洗涤前后的白度值作差，得到如图8所示的结果。

JB-01是一种非极性污渍，表面活性剂分子主要通过疏水尾链与其相作用而达到去除的目的，如图8所示，EO数最大的AE9CE-Na对JB-01的去污能力最强。JB-03污渍最初是以扩散的形式附着在物体表面，而表面活性剂分子会优先润湿固体表面，因此污渍会逐渐收缩并最终从固体表面洗去。AEnCE-Na对JB-03的去除能力随EO加合数的增大而增强。样品整体对JB-02的去污能力较弱，这主要是因为JB-02的去污是有特异性的，通常需要用与其相对应的蛋白酶来去除。比较不同EO加合数的AEnCE-Na，AE9CE-Na对3种污渍的去污能力最强。

图8质量浓度为2 g/L的AEnCE-Na（n=3，5，7，9）的去污能力

3结论

本文探究了不同EO加合数的系列脂肪醇醚琥珀酸酯盐（AEnCE-Na，n=3，5，7，9）表面活性剂的表面活性、接触角及应用性能。结果表明，AEnCE-Na的cmc、γcmc及平衡时的接触角都随EO加合数的增大而增大，说明AE3CE-Na的表面活性和润湿铺展能力都最强。在应用性能方面，AE3CE-Na的润湿性、乳化性和发泡性最佳;AE9CE-Na的稳泡性及去污性最佳。