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1、赣 南 师 范 学 院 学 士 学 位 论 文双十八烷基二甲基溴化铵阳离子表面活性剂表面行为 内容摘要：双十八烷基二甲基溴化铵（DODAB）是人工合成的双链阳离子表面活性剂，结构简单，类似于细胞膜的主要成分磷脂。因此，DODAB及其类似物经常用来模拟生物膜所发生的生化过程。此外，它还被广泛用于家用洗涤的织品软化，主要是减少织品的静电使之变成更软柔。DODAB能形成稳定的Langmuir单分子膜。本文通过表面压（p）-面积（A）等温曲线研究气液界面二元单分子膜DODAB和两性离子双棕榈酰卵磷脂（DPPC）表面行为以及卤素离子对DODAB表面行为的影响，二元单分子膜显示凝聚特征，能够混溶，且比单组
2、分膜稳定。我们也研究了卤素离子对DODAB自组装特征的影响，卤素离子对DODAB的等温曲线的影响正好与卤素离子的水合能力的强弱顺序一致，表明卤素的水合能力的强弱能影响两亲分子DODAB头基的有限电荷，从而降低头基间的排斥力作用 关键字：单分子膜 表面活性剂 表面行为Dioctadecyldimethylammonium bromide cationic surfactant surfacial behavior Abstract：Dioctadecyldimethylammonium bromide (DODAB) is a synthetic double chain cationic su
3、rfactant. The totally synthetic bilayer membranes, similar to cellular membranes in structure, were first prepared with DODAB; thus, DODAB and its homologues are widely used as the model systems for the simulation of various physicochemical processes in biological membranes. Meanwhile, The DODAB can
4、 form stable Langmuir monolayers at the air-water interface. The surface pressure-area isotherms indicated that the binary monolayers of DPPC and DODAB at the air-water interface were miscible and more stable than the monolayers of the two individual components. We also have investigated the influen
5、ce of halogen counterions on the molecular organization characteristics of dioctadecyldimethylammonium bromide (DODAB) monolayers at the air/water interface. The influence of counterions on DODAB isotherms may be rationalized in terms of the degree of hydration of the halogen ions.Keywords: Langmuir
6、 surfactant surfacial behavior1. 前言 1.1 表面活性剂的分类 按离子类型分类是表面活性剂研究与应用过程中最常用的分类方法。大多数表面活性剂是水溶性的,根据他们在水溶液中的状态和离子类型可以将其分为非离子型表面活性剂和离子型表面活性剂.非离子型表面活性剂在水中不能离解产生任何形式的离子.离子型表面活性剂在水溶液中能够发生电离,并产生带正电或负电的离子.根据离子的类型,该类表面活性剂又可以分为阴离子表面活性剂,阳离子表面活性剂和两性表面活性剂三种1.因此，表面活性剂分为阴离子、阳离子、两性和非离子型四大类, 60 年代后期又迅速发展起来了一些特殊类型的表面活性剂
7、, 如含氟型、有机金属型、反应型及高分子型。在表面活性剂构成比例当中, 阴离子型占40%, 非离子型约占40%, 阳离子和两性型约占20%。表面活性剂品种繁多, 应用日趋广泛, 已成为人类生活中不可缺少的消费品1,2。1.1.1 阳离子表面活性剂 阳离子表面活性剂主要是含氮的有机胺衍生物,由于其分子中的氮原子含有孤对电子,故能以氢键与酸分子中的氢结合,使氨基带上正电荷.因此,它们在酸性介质中才具有良好的表面活性;在碱性介质中容易析出而失去表面活性.除含氮阳离子表面活性剂外,还有一小部分含硫,磷,砷等元素的阳离子表面活性剂1. 阳离子表面活性剂在工业上大量使用的历史不长,需求量逐年都在快速增长,
8、但是它的主要用途是杀菌剂,纤维柔软剂和抗静电剂等特殊用途,因此与阴离子和非离子表面活性剂相比,使用量相对较少. 我国阳离子表面活性剂的研发和使用起步较晚,但发展速度较快,但由于阳离子表面活性剂应用范围窄,使用量较小,因此总产量也较小2. 阳离子表面活性剂一般都具有良好的乳化润湿洗涤杀菌柔软抗静电和抗腐蚀等性能,由于起特殊的性能和应用,具有良好的发展潜力,随着工业用和民用应用范围的不断扩大,其品种和需求量都将继续增加. 阳离子表面活性剂虽然在整个表面活性剂中所占比例不高, 但其却具有其他类型活性剂所没有的特性而不能被取代。阳离子表面活性剂一般都具有杀菌、抑菌的作用, 常用作消毒剂、杀菌剂; 另一
9、突出的特性是容易吸附于一般固体表面, 使固体表面改性3。阳离子表面活性剂的抗静电、柔软和疏水作用, 即与其容易吸附的特点有关。上述特性, 使阳离子表面活性剂发挥着越来越重要的作用。1.2表面活性剂的功能和应用 表面活性剂能够显著降低体系的表面或表面张力，当浓度超过临界胶束浓度（cmc）时，在溶液内部形成胶束，从而产生增溶、润湿、乳化、分散、起泡和洗涤等多方面的功能。随着科学技术的发展和高新技术领域的不断开拓，表面活性剂的发展十分迅速，其应用领域从肥皂、洗涤剂和化妆品等日用化学化工逐步拓展到国民经济的各个部门，如食品、制药、纺织、金属加工、石油、建筑等行业4。1.2.1 一般表面活性剂的应用（1
10、） 增溶作用的应用 目前表面活性剂的增溶作用主要应用在乳液聚合、石油开采、胶片生产及洗涤等方面。 乳液聚合是使原料分散于水中形成乳状液，在催化剂的作用下进行聚合的过程。在表面活性剂水溶液中，大部分单体原料存在于乳状液中，少部分溶于水相成为真溶液，还有一部分增溶于胶束内5。随聚合反应的进行，胶束中的单体逐渐聚合为高分子产物，脱离胶束形成分散于水相中的高聚物液滴，最终成为乳胶粒，直至单体消失。 在石油工业中，增溶作用被利用来“驱油”以提高石油的开采率。利用表面活性剂在溶液中形成胶束的性质，将表面活性剂、助剂和油混合在一起搅动，使之形成均匀的“胶束溶液”。 在胶片生产过程中，胶片上出现的微小油脂杂质
11、造成的斑点，利用胶束的增溶作用可以使斑点消除。（2） 乳化和破乳的应用 乳状液在工农业生产及人们的日常生活中具有十分广泛的应用，如农药配剂、金属加工、原油开采、纺织制革、食品、医药及日常用品等方面。（3） 润湿方面的应用 润湿方面的应用十分广泛，如矿物的泡沫浮选、金属的防锈与缓蚀、织物的防水防油处理、农药配剂。（4） 起泡和消泡的应用 矿物浮选是表面活性剂起泡作用的重要应用之一，此外，起泡作用在泡沫灭火、原油开采中的应用以及消泡作用在发酵工业和轻工业中的应用十分广泛。（5） 洗涤剂的应用 表面活性剂是指能够降低溶液表面张力的化学品，是合成洗涤剂发挥去污作用的主要成分。它包括阴离子表面活性剂、阳
12、离子表面活性剂、两性表面活性剂和非离子表面活性剂。而洗涤剂是经过表面活性剂配制而成的，以去污为主要作用的化学专用品，两者密不可分。合成洗涤剂占表面活性剂用量的70%以上，同样，表面活性剂的增长和发展也主要取决于合成洗涤剂工业的需求6。 我国合成洗涤剂工业经过近几十年发展，已经形成一定规模，在市场竞争中逐步发展壮大，产品不断更新换代，品种、产量不断增加，品质有明显提高。尤其是近20 年来，随着国外大量先进技术、装置的引进，我国合成洗涤剂工业得到迅猛发展。1.2.2 阳离子表面活性剂的应用 阳离子表面活性剂一般都具有良好的乳化润湿洗涤杀菌柔软抗静电和抗腐蚀等性能,也常常用作相转移催化剂.但这类表面
13、活性剂很少单独用作洗涤剂，因为很多基质的表面在水溶液中，特别在碱性水溶液中通常带有负电荷，在应用过程中，带正电荷的表面活性剂会在基质表面形成亲水基向内、疏水基向外的排列，使基质表面疏水而不利于洗涤，甚至产生负面作用7。此外，这种表面活性剂的主要应用领域也不像其他表面活性剂，用来降低表面张力，而是利用其结构上的特点，用于其他特殊方面。（1） 消毒杀菌剂 阳离子表面活性剂最突出的特点是具有消毒杀菌作用，常用于医药、原油开采等的消毒杀菌。代表品种如洁尔灭，即十二烷基二甲基苄基氯化铵。这种带有苄基季铵盐型阳离子表面活性剂具有较强的消毒杀菌作用，其10的水溶液的杀菌能力相当于苯酚杀菌能力的50到60倍，
14、因此被广泛用作外科手术和医疗器械等的消毒杀菌剂8。此外，它还能杀死蚕业生产中的败血菌、白僵菌和曲霉菌等。在石油开采和化工设备中，水中的铁细菌和硫酸盐还原菌对铁质及不锈钢质设备和管路有腐蚀性，使用洁尔灭作杀菌剂可以杀灭细菌并起到防止金属腐蚀的作用8,9。（2）腈纶匀染剂 腈纶分子的主链上往往含有少量的衣康酸或乙烯磺酸之类的化学组成，它们使纤维带有一定的负电荷，在用阳离子染料染色时，纤维与染料之间产生较强的电荷作用。 季铵盐阳离子表面活性剂匀染作用的大小随烷基链长度的增大而上升，并受与氮原子相连的各基团大小和种类的影响。 此外，由于阳离子表面活性剂带有正电荷，对于通常带有负电荷的纺织品、金属、玻璃
15、、塑料、矿物、动物或人体组织等具有较强的吸附能力，易在这些基质的表面上形成亲油性膜或产生正电性，因此可广泛用作纺织品的防水剂、柔软剂、抗静电剂、染料匀染剂、固色剂等10。（3） 抗静电剂 高分子材料大多是电的不良导体，但又容易产生静电而不能传导，生产的静电给使用和加工带来困难。阳离子表面活性剂可以将其分子的非极性部分吸附于高分子材料上，极性基则朝向空气一侧，形成离子导电层，从而使电荷得以传导起到抗静电的作用11。（4） 矿物浮选剂 在采矿工业中，表面活性剂可以作为矿物浮选的发泡剂和捕集剂，其特点是在短时间内即可浮选完毕12。而且分选效果很好，多半不需要进一步精选。 矿物浮选中常用的阳离子捕获剂主要是脂肪胺及其盐、松香胺、季铵盐、二元胺及多元胺类化合物等阳离子表面活性剂。（5） 相转移催化剂 相转移催化剂是指用少量试剂（如季铵盐）作为一种反应物的载体，将此反应物通过界面转移至另一相，使非均相反应顺利进行，此种试剂在反应中无消耗，实际是起催化剂的作用，通常称为相转移催化剂。 相转移催化剂在有机合成反应中的应用范围相当广泛，主要集中在烷基化反应、二卤卡宾加成反应、氧化还原反应及其他特殊反应等四个方面13。作为相转移催化剂的阳离子表面活性剂以季铵盐为主，还有叔胺和聚醚
