2-苯基-苯并咪唑-5-磺酸(PBSA)与十四烷基三甲基溴化铵(TTAB)复配相行为研究

摘  要：实验中发现紫外吸收剂PBSA碱化后与阳离子表面活性剂TTAB复配时，无论那一种过量都会形成凝胶。仔细观察了两者复配时的行为，还观察了偏光现象，考察了温度的影响。

关键词： 2-苯基苯并咪唑-5-磺酸；十四烷基三甲基溴化铵；相行为；凝胶

中图分类号：0648                                              文献标识码：A 

TTAB(Tetradecyl Trimethyl Ammonium Brom)十四烷基三甲基溴化铵是一种常见的阳离子表面活性剂，为白色晶体，可做催化剂、乳化剂、杀菌剂、消毒剂、抗静电剂等。PBSA(2-Phenyl Benzimidazol-5- Sulfonic Acid)2-苯基-苯并咪唑-5-磺酸，也称之为Eusolex- 232，是一种常见的防紫外吸收剂。PBSA难溶于水，采用氢氧化钠把它碱化后溶解。研究了碱化后PBSA与TTAB的相行为，发现两者之间无论哪一种过量，都会有凝胶出现。这一现象是非常新颖的，也是非常有趣的。

 阴阳离子表面活性剂复配形成囊泡存在液晶相与凝胶相的转变已有报道^[1][2]，但紫外吸收剂与阳离子表面活性剂复配出现凝胶的情况还是鲜有报道。本文进行了相关研究，不仅报道了一种新的实验现象，还有可能应用到化妆品上。

1 实验部分

1．1 试剂与仪器

1．1．1 试剂

2-苯基-苯并咪唑-5-磺酸(PBSA)为Ciba公司出品，分析纯；

十四烷基三甲基溴化铵（TTAB）为南京旋光科技有限公司出品，分析纯。

1．1．2 仪器

表面张力测定：Thermo Cohn DCA 300；

偏光检验：自制偏光镜；

温度控制：电热恒温水箱。

1．2 实验方法

   分别配制浓度是0.01mol/L的PBSA与TTAB溶液，由于PBSA难溶于水，配置PBSA溶液时加入等摩尔的Na(OH)碱化。首先测定了碱化PBSA(后面所指PBSA都是指用氢氧化钠碱化PBSA)的表面活性，然后把它同TTAB进行复配。仔细观察其变化，又用自制偏光镜观察。根据实验现象，有选择的作了温度的影响。

2 结果与讨论

2．1 PBSA的表面活性

为了与阴阳离子表面活性剂复配相区别，首先在30℃测量了PBSA的表面张力：

表 PBSA 不同浓度时的表面张力

由数据可以看出， PBSA加入水中后表面张力的数值没有显著变化，可以认为它没有表面活性。

2．2 复配行为

    25℃情况下，把浓度都是0.01mol/L的两种溶液，按TTAB/PBSA 1/9，2/8，直到9/1,进行复配（后面配比都是TTAB/PBSA） 。以1/9为例可以观察到复配后溶液即刻变混浊且又有黄白色不溶物出现，但轻摇后不溶物很快消失，溶液变成蓝色，稍显浑浊。8/2，9/1看不到蓝色。三个小时后，5/5首先出现白色沉淀，与阴阳离子表面活性剂等摩尔配比的行为是相似的。二十小时后2/8，3/7，4/6形成凝胶。1/9，6/4在稍后也形成了凝胶。半月之后观察到7/3形成了凝胶，8/2存在粘度有但没有形成凝胶。即使8/2在20℃放置一个月也没有形成。

图1 7/3，8/2，9/1复配不久后图片

由图1 看出7/3，8/2，9/1颜色依次变淡清。9/1和水无区别。1/9-4/6颜色则是依次加深的。

图2 4/6（左），6/4（右）形成凝胶图片

 

图3  4/6（上），6/4（下）形成凝胶后倾斜图片

图2是同摩尔浓度下TTAB/PBSA 4/6，6/4形成凝胶后的照片，是透明的有明显的蓝色。倾斜后的照片如图3，可以看出6/4形成的凝胶较软，所以倾斜后变形幅度较大。在实验中发现，1/9，7/3形成的凝胶倾斜后变形幅度更大。这说明凝胶的形成是两种物质相互作用的效果，总浓度一样但配比不一样形成凝胶的能力也是不同的。

2．3偏光行为

复配半小时后，在偏光镜下观察1/9~4/6，轻轻摇晃可以观察到偏光。对于6/4也可以观察到偏光，7/3观察不到。形成凝胶后，晃动在日光下可以观察到有云状物出现，偏光镜下看到明显得偏光。云状物持续几分钟后消失，如果晃动还会再次出现。剧烈晃动后，出现的云状物难以完全消失。

图4  6/4（TTAB / PBSA）偏光图片

这表明不仅在开始的混合溶液中有稳定的有序结构形成，而且在形成凝胶后有序结构仍然存在。对于存在的结构将在以后的研究中予以报道。

2．4 温度的影响

   温度对凝胶的形成有显著的影响，降低温度有助于凝胶的形成。在10℃情况下，4/6两小时后就可以形成凝胶；5℃情况下，半小时就可以形成凝胶。由此可以推论，温度升高，分子的运动速度加快，彼此之间不容易靠近反应，所以形成凝胶的速度较慢。这与温度对阴阳离子表面活性剂混合体系的影响相行为是相近的^[3][4]。

把2/8形成的凝胶放入-5℃环境，可以观察到凝胶保持不变，而把刚配置的2/8放入-5℃环境则有晶体析出。表明凝胶形成后有一定的稳定性。对形成的凝胶加热，溶液颜色先是变蓝，然后变混浊，凝胶被破坏，出现白色的不溶物，加热到100℃仍然不能溶解。把溶液冷却，出现分相，上面是澄清的无色溶液，下面是由细小晶体的白色沉淀。说明加热破坏了凝胶的结构，不是一个可逆的行为。这和文献讲的一般情况下阴阳离子表面活性剂有序结构可逆向转变是不同的^[1]。

3 结论

   本文研究了阳离子表面活性剂TTAB和紫外吸收剂PBSA的相行为。可以从形成凝胶的强度和形成时间上看出，不同配比具有不同的形成凝胶能力。观察了其偏光性，并做了温度影响的研究。发现低温形成凝胶能力更强，高温破坏后不可逆。如果进行深入研究，应用到化妆品上将具有潜在的价值。

参考文献：

 [1] 尹海清，黄建滨. 温度调控表面活性剂溶液有序结构转变研究新进展[J]. 物理化学学报，2005（11）：1324-1329

[2] Eduardo F. Marques,  Ali Khan,  Björn Lindman. A calorimetric study of the gel-to-liquid crystal transition in catanionic surfactant vesicles[J]. Thermochimica Acta, 2002,394(1-2): 31-37

[3] 赵国玺, 肖进新. 正、负离子表面活性剂混合体系的相行为—浊点现象[J]. 日用化学工业,  1997(2): 1-3

[4] 滕弘霓, 孙美娟，王利. 混合表面活性剂水溶液的浊点性质[J].化学研究与应用, 2004,16(2): 239-240