摘要：为深入分析表面活性剂在流体界面上的吸附机制，利用界面张力弛豫方法，研究2-羟基-3-辛基-5-癸基苯磺酸钠(C8C10)和2-羟基-3-癸基-5-辛基苯磺酸钠(C10C8)在空气-水表面和癸烷-水界面上的扩张流变性质，考察羟基邻位烷基链长度变化对分子界面行为的影响，获得表面活性剂结构对极限扩张弹性、扩张黏性最大峰值以及相关特征频率的浓度依赖性的影响规律。结果表明:羟基取代烷基苯磺酸盐分子中羟基邻位的长链烷基倾向于沿界面伸展，表现出较强的分子间相互作用;对于表面吸附膜，界面分子重排的慢过程控制膜性能，羟基邻位烷基链长越大，膜强度越大，C10C8极限扩张弹性高达178 mN/m，扩张黏性最大值约62 mN/m;对于界面吸附膜，扩散-交换过程控制膜性质，邻位长链烷基的影响变小。

前言

阴离子表面活性剂是应用最广泛的一种表面活性剂，主要包括烷基羧酸盐、烷基磺酸盐、烷基苯磺酸盐、石油磺酸盐和木质素磺酸盐等。其中，烷基苯磺酸盐的特点是能产生低的表面张力和油水界面张力，具有较强的去污、起泡和乳化能力，广泛用于洗涤剂、印染助剂、染色分散剂、塑料乳化剂等领域，还可用于三次采油、涂料、纤维等工业生产过程。

迄今为止，对不同烷基取代及支链化结构的烷基苯磺酸钠的合成和性能关系的研究已相当深入，而对羟基取代烷基苯磺酸盐的研究则较少。在苯环上引入羟基，一方面能增加表面活性剂的亲水性，对其润湿、渗透等性能造成影响；另一方面，当羟基取代烷基苯磺酸盐分子吸附到界面上时，苯环上的磺酸基和羟基均倾向于与水分子作用，对烷基苯磺酸盐分子具有“定位”作用，能够增强吸附膜的强度，有利于泡沫和乳状液的稳定性。因此，研究羟基取代烷基苯磺酸盐在流体界面上的行为，具有重要的理论意义和应用前景。

表面活性剂在流体界面上形成的吸附膜是存在扩散-交换过程的动态膜，对分子界面行为和膜强度的研究难度较大。界面扩张流变是目前研究吸附膜的最为有效的手段。通过界面扩张流变参数，可以获得界面上分子排布特征、分子间相互作用和界面聚集体的信息。Wu等利用周期振荡法考察了2-羟基-3，5-长链烷基苯磺酸钠的界面动态扩张模量，发现界面上分子重排导致了动态模量出现极值现象。同时，苯环上多亲水基的“定位”作用，使得取代烷基间发生缠绕等作用，界面膜强度明显增强，模量数值远高于普通烷基苯磺酸盐。

周期振荡法虽然是目前研究界面膜流变性质的主要实验方法，但受限于当前的仪器条件，工作频率较低，一般不高于1 Hz。而表面活性剂分子的扩散-交换、界面上单分子的取向变化等过程的特征弛豫时间较快，大于1 Hz，这就导致周期振荡法获得的信息有限。界面张力弛豫法是扩张流变研究手段的重要组成部分，它通过对界面张力的衰减曲线进行多指数拟合，计算得到不同频率下的扩张流变参数，能够从理论上获得扩张弹性和黏性的全频率谱，是周期振荡法的有效补充。

本文利用界面张力弛豫法，考察不同结构的羟基取代烷基苯磺酸盐的界面扩张流变性质，获得分子在界面上的微观行为的信息，以期对烷基苯磺酸盐类阴离子表面活性剂的应用起到指导作用。

1实验部分

1.1实验样品及试剂

2-羟基-3-辛基-5-癸基苯磺酸钠（C8C10OHphSO3Na）、2-羟基-3-癸基-5-辛基苯磺酸钠（C10C8OHphSO3Na），均为实验室自制，纯度大于99%，临界胶束浓度分别为3.35×10-6mol/L和1.35×10-6mol/L，分子结构如图1所示；正癸烷，分析纯，天津博迪化学有限公司产品；实验用水为经重蒸后的去离子水，电阻率≥18 MΩ·cm。

图1羟基取代烷基苯磺酸钠的结构式及缩写

1.2实验方法

采用界面扩张流变仪进行实验。待体系完全达到平衡之后，通过对悬挂气泡/液滴的突然扰动，利用滴外形分析方法测定表/界面张力响应，进行表面/界面张力弛豫实验。扰动幅度为15%，扰动时间为1 s。实验温度控制在（30.0±0.5）℃。水相为用二次蒸馏水配制的不同浓度C8C10和C10C8溶液，油相为正癸烷。

1.3数据处理

界面张力弛豫实验是通过对瞬间形变后的界面张力（γ）跃迁对时间（t）的衰减曲线进行Fourier变换（FT）得到界面扩张流变参数的方法。对于一个存在多种弛豫过程的实际体系，由于弛豫过程具有可加和性，因此，衰减曲线可以用多指数方程的和来表示：

式中：τi为第i个过程的特征频率；Δγi为第i个过程界面张力的贡献；n为总过程的个数。

对于一个幅度为ΔA的瞬间界面形变过程，在形变停止后，在一定频率（ω）下扩张频率模量（ε）的数值可以通过对界面张力衰减曲线的Fourier变换得到，如式（2）所示：

将式（1）带入式（2），变形可得不同频率条件下的界面扩张弹性（εd）和扩张黏性（εi）的计算公式为：