全 文 ：2003 年12月
第 18 卷　第 4期
山 东 师 范 大 学 学 报(自 然 科 学 版)
Journal of Shandong Normal University(Natural Science)
Dec.2003
Vol.18 No.4
皂荚素与离子表面活性剂三元体系的相互作用
李晓林　　刘海燕　　刁兆玉　　韦　波
(山东师范大学化学化工与材料科学学院 ,250014 ,济南;第一作者 44岁 ,女 ,实验师)
摘要　测定了天然皂荚素(GS)、CTAB和(C12S , C16S)三元复配体系在 25 ℃,纯水及 0.1 mol·L -1NaBr 溶液中的表面张力.并
用 Rubingh和 Rosen公式计算了分子间相互作用参数 βm 、βσ.结果表明电解质 ,表面活性剂疏水链长对三元表面活性剂体系表面活
性的影响 ,遵循表面活性剂体系的一般规律,三元表面活性剂体系分子间存在相互吸引作用且强度大于 CTAB-CnS体系.
关键词　表面活性剂;　三元表面活性剂复配体系;　表面活性;　分子间相互作用参数 βm 、βσ;　皂荚素(GS)
中图分类号　TQ 423
皂荚素(Gymnocladas Saponin ,GS)是一种天然植物表面活性剂.GS 作为表面活性剂的研究 ,在我国 70年
代已有报道 ,但由于其结构复杂 ,又来源于皂荚树的不同部分 ,分离提纯较为困难 ,因此这些报道都是针对
皂荚素的混合物 ,而对GS纯品的表面活性剂的研究报道极少.[ 1] 本文测定了 GS与十二烷基磺酸钠(C12S)
十六烷基磺酸钠(C16S)、十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)、三元混合体系在纯水和 0.1 mol·L-1NaBr介质中的
表明张力 ,研究了其表面活性及分子间相互作用.分子间相互作用参数 βm 、βσ ,分别表明混合表面活性剂体
系中 ,表面活性剂分子在胶束和吸附层中相互作用的性质和大小.根据正规溶液理论:
β= 1
RT WAB -(WAA +WBB2 (1)
此处 ,WAB指不同分子间的对相互作用 , WAAWBB指相同分子间的对相互作用.所以 β的物理意义是A 、B
两种表面活性剂相混合时 ,体系的净相互作用.当 β <0时 ,说明两物质的净相互作用为吸引 ,当 β =0时 ,则
无净相互作用 ,当 β>0时净相互作用为排斥.[ 2]
Rubingh
[ 3]和 Rosen[ 4] 推导出 βm(胶束)、βσ(吸附层)的计算公式:
βm1 =ln CTα1 C
0
1X
m
1
(1-Xm1)2 　　　　β
m
2 =ln CTα2 C
0
2X
m
2
(1-Xm2)2 (2)
此处 ,CT 、C01 、C02 分别是混合或单一表面活性剂的 CMC , α1 为表面活性剂 1的摩尔分数 , X 1m 为表面活
性剂 1在胶束中的摩尔分数.且 α2 =1-α1 , X 2m =1-X1m 采用试差法自一组 CT 、C1 0 、C2 0 数据可解出当
β1m =β2 m时的X1m 、X2 m ,并算出 βm 值.
βσ1=ln CT(γ)α1 C
0
1(γ)X σ1
(1-Xσ1)2 　　　　β
σ
2=ln CT(γ)α2 C
0
2(γ)Xσ2
(1-X σ2)2 (3)
此处 CT(γ)、C1(γ)0 、C2(γ)0 分别是混合或单一表面活性剂表面张力为 γ时的总表面活性剂浓度 , α1 为表面
活性剂1在吸附层中的摩尔分数.同样可解出 X1 σ、X 2σ及 βσ值.
1　实验部分
1.1　仪器与药品　仪器:SY2-550型石英压沸高纯水蒸馏器 、电子天平 BS 210S Sartoius(Germamy)、表面张
力仪ST-1(Shimadzu Japan).药品:皂荚素 C29H46(OH)COOH(GS)由山东大学王正武博士提供.m·p189 ～
191℃元素分析C 78.92 ,H 10.52 ,O 10.57;M=456.7.十二烷基磺酸钠 C12H25SO3Na(C12S)(化学纯).十六烷基磺
酸钠C16H33SO3Na(C16S)(纯度 99%E.Herck.Parmistadt试剂).十六烷基三甲基溴化铵 C16H33N(CH3)3Br(CTAB)
(分析纯).溴化钠 NaBr(分析纯),500 ℃马福炉中焙烧5 h.水:压沸蒸馏水 γ=71.5 mN·m-1 ,K<1.2μs·cm-1
1.2　实验方法 　表面张力测定用静态法 , 日本岛津 ST—1 表面张力仪测定溶液表面张力 ,控温精度
±0.1 ℃,平衡表面张力连续30 min无变化(精度 0.1 mN·m-1),三次平衡测定 ,重现性<0.2 mN·m-1 .
收稿日期:2003-03-05
2　结果与讨论
实验结果见图 1 、2 ,表 1
表 1　混合表面活性剂体系的表面活性[ 4]
体　　系 CMC mol·L-1 γCMC mN·m-1 PC20 Γmax 1010mol·cm-2 Amin nm2 βm βσ γ mN·m-1
C12S-H2O 1.24×10-2(a) 38.0 2.85 3.78 0.439
CTAB-H2O 1.48×10-3 37.0 3.69 2.92 0.569
GS-H2O 1.10×10-3 35.0 4.02 2.73 0.608
CTAB-0.1mol·L -1NaBr 4.90×10-5 35.5 5.23 3.93 0.423
GS-0.1 mol·L-1NaBr 5.01×10-4 38.0 4.22 2.69 0.618
C12S-CTAB-H2O 1.51×10-4 33.8 4.66 3.85 0.431 -19.5 -18.0　 45.2
C12S-CTAB-0.1 mol·L -1NaBr 6.31×10-5 27.0 4.89 -9.33 45.2
C16S-CTAB-H2O 4.00×10-4
C16S-CTAB-0.1 mol·L -1NaBr 4.52×10-5
C12S-CTAB-GS-H2O 1.99×10-4 29.6 4.79 3.43 0.484 -3.4 -4.9 45.2
C12S-CTAB-GS-0.1 mol·L-1NaBr 5.62×10-5 29.0 4.79 4.40 0.224 -3.0 -4.0 45.2
C16S-CTAB-GS-H2O 3.98×10-4 40.4 4.09 2.98 0.557 -4.5 -3.4 45.2
C16S-CTAB-GS-0.1 mol·L-1NaBr 3.39×10-5 40.0 5.09 3.47 0.478 -4.1 -3.5 45.2
3　表面活性
由表 1可看出 ,三元表面活性剂体系比单一表面活性剂体系具有更高的表面活性 ,表现在 CMC 更低 ,
γCMC更小 ,如:C12S CTAB GS —H2O混合溶液 CMC为 1.99×10-4 ,比其任一组分 CMC都要小很多 ,且混合溶
液的 γCMC降至 29.6 ,而 C12S 、CTAB与 GS的单独水溶液之表面张力分别为 38 、37和 35.从混合溶液的降低表
39第 4 期 李晓林等:　皂荚素与离子表面活性剂三元体系的相互作用
面张力的效率参数 PC20来看 ,其值也达到最大值为 4.79.对同系化合物而言 ,表面活性剂的烷基链长 ,其分
子越容易在溶液表面吸附 ,胶束的形成越容易 ,其相应的 CMC也越低 ,其表面活性剂也越高 , CMC更小.纯
水体系中 CMC分别为 3.98×10-4 、3.39×10-5 ,两个体系的 γCMC变化不大 ,但 Amin随着碳链的增长而增大 ,
可解释为随碳链增长 ,其在表面空间位阻变大.
4　分子间相互作用
从表 1看出三元体系比相应的二元体系 β 值有增大的趋势.C12 S CTAB GS 的 βm 、βσ分别为 -3.4 、
-4.9 ,C12S CTAB的 βm 、βσ分别为-19.5 、-18.0.这是因为加入的皂荚素是非离子性表面活性剂 ,由于与非
离子性表面活性剂形成混合吸附层 ,原来正 、负离子表面活性剂离子间的吸引作用被减弱.
三元体系 C16S-CTAB-GS比 C12S-CTAB-GS βσ 稍微减少 ,而 βm 则稍微增大.这是因为在胶束中 ,
疏水剂碳链越长 ,随着碳链的增长 ,分子间范德华作用力增强 ,使得 βm 增大;而在吸附层中 ,随着碳链增
长 ,空间位阻变大 ,导致其 βσ 减小.
中性无机盐对 βm 、βσ的影响从上面数据我们可以看出各体系在 0.1 mol·L-1NaBr与在亚沸水介质中相
比 , βm 、βσ都有增大趋势.这是因为在单一离子表面活性剂溶液中 ,表面活性离子周围存在离子 ,胶束和吸
附层都具有扩散双电层结构.加入电解质 ,由于离子间的相互作用导致扩散双电层被压缩变薄 ,使相邻表面
活性剂分子间的静电斥力减弱 ,WAA 、WBB变小 ,同理 ,使混合吸附层和混合胶束中正负表面活性离子间的吸
引作用减弱 ,即 WAB也变小(但 WAB负值),所以导致 βm 、βσ的增大.
5　参考文献
[ 1] 　王正武 ,李干佐 ,刘俊诚.模糊变换———正交设计法在配方筛选中的应用[ J] .日用化学工业 , 2001 ,(3):14～ 17
[ 2] 　Wang Zhangni ,Li Gan Zuo.Mixed Monolayer and Mixed Micel le Formation in Binary Mixtures of Surfactants[ J] .Journal of Surfactants and Det.2002 ,(5):
4 391～ 4 396
[ 3] 　Rubingh ,O N.Mixed Micelle Solutions[M] .New York:in Solution Chemistry of Surfactants ,edited by Mittal K L.Plenum ,1979 , 1 337～ 1 354
[ 4] 　Rosen M J.Surfactants and Interfacial Phenomena [M] .2nd edition New York:John Wiley &Sons , 1989.395～ 408
SURFACE PROPERTIES AND MOLECULAR INTERACTIONS FOR
TERNARY SURFACTANT SYSTEMS OF GS
Li Xiaolin　　Liu Haiyan　　Diao Zhaoyu　　Wei Bo
(College of Chemistry , Chemical Engineering andMaterials Science ,Shandong Normal Univesity ,250014 , Jinan ,China)
Abstract　Surface tensions for ternary surfactants systems of Natural surfactant—gymnocladas saponin(GS)、
Cationic CTAB and anionic Dodecy1 Hexadecyl snlfonate in pure water and 0.1 mol·L-1NaBr aq solution have been
measured at 25 ℃.Molecular interaction parameters in mixed micelle and mixed monolayer have been calculated using
equations derived by rubingh and rosen based on regular solution Theory.It s shown that the hydrophobic chain length
and electrolyte have usual affests on surface properties of the ternary systems.The net attracting interactions between
molecules for the ternary mixture are stronger than that for CTAB —CnS binary mixture
Keywords　surfactant;　ternary surfactant mixture;　surface properties;　molecular interaction parameters βm 、
βσ;　Gymnocladas Saponin(GS)
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