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植物油中N-酰基氨基酸表面活性剂的界面活性和聚集行为——结果和讨论

来源:Unisense 浏览 52 次 发布时间:2021-09-09

结果与讨论


3.1.蓖麻油和棉籽油组合物


植物油是多种脂肪酸甘油三酯的混合物。蓖麻油和棉籽油的成分是本组采用常规甲基化方法测定的,最近在别处发表[18]。结果表明,约90%的蓖麻油为蓖麻油酸


酸(C18:1,含-OH)甘油酯,而棉籽油的主要成分为亚油酸甘油酯(C18:2,47.4%)、棕榈酸甘油酯(C16:0,31.6%)和油酸甘油酯(C18:1,13.9%。因此,蓖麻油以蓖麻油酸甘油酯为原料制备的大多数表面活性剂单体上都带有羟基。


3.2.地表活动


蓖麻油和棉籽油衍生的六种酰基氨基酸表面活性剂的表面张力分布如图1所示。表1列出了CMC、最小表面张力、γCMC、最大表面过量浓度、Γmax、每种表面活性剂所占的最小表面积这些表面活性剂在空气/水界面处的分子,Amin,吸附自由能,ΔGads,胶束化自由能,ΔGmic,由图1汇编而成。CMC值由这些表面张力曲线中的断点确定,γCMC值是CMC处的表面张力。Γmax和Amin使用Gibbs吸附等温线方程的近似形式估计:

表格1 6种酰基氨基酸表面活性剂在25℃下的CMC、γCMC、Γmax、Amin、ΔGads和ΔGmic值。


图2 6种酰基氨基酸表面活性剂水溶液在5 x CMC下的表观等效流体动力学直径(DH)分布。


其中R和NA是气体常数和阿伏伽德罗数,T是绝对温度,对于离子表面活性剂溶液,n等于2,


尽管对于是否应该修改Gibbs分析存在一些争论[19,20]。ΔGads和ΔGmic是由Rosen的方法计算得出的:

其中γ0是双蒸水的表面张力。


表1显示合成表面活性剂的CMC值在0.568-1.86 mM范围内。与其他表面活性剂相比,带有最疏水丙氨酸残基的表面活性剂(SCAA和SCOA)具有相对较高的CMC。SCAA头部区域的强疏水性和SCOA可能会阻碍胶束界面区域的水/头基相互作用,从而增加它们的CMC。γCMC的值在35.00到41.47 mN·m-1之间,棉籽油衍生的表面活性剂的γCMC值普遍低于衍生的表面活性剂的γCMC值来自具有相同头部基团的蓖麻油。SCOS获得了最高Γmax值和最低Amin值,表明在其头部基团上带有-OH基团的SCOS单体在空气/水界面上更紧密地堆积。鉴于蓖麻油衍生的表面活性剂疏水尾部存在-OH基团,我们得出结论,头部基团上的-OH基团与尾部的表现不同。所有表面活性剂的ΔGmic和ΔGads的负值意味着两者在水中的胶束化在298.15 K下,空气/水界面处的吸附是自发过程。对于SCOS也获得了最大的ΔGads和ΔGmic绝对值,表明丝氨酸残基上的-OH基团有助于胶束化和吸附。


图3所示。在5 × CMC下,SCAG (a)、SCAA (b)、SCAS (c)和SCOS (d)水溶液中的团聚体的TEM显微照片。


还研究了这些表面活性剂的去污力、起泡性和泡沫稳定性等特性(补充信息)。它们与市售的阴离子表面活性剂、线性烷基苯磺酸盐(LAS)相比具有相当甚至更好的去污能力,如图S1和S2.每种表面活性剂的起泡性不同,而棉籽油衍生物的起泡稳定性一般优于蓖麻油衍生物,图S3和表S1。因此,这些氨基酸衍生物可潜在用于个人护理和家居产品的配方。


3.3.DLS测量


用DLS测量在6种酰基氨基酸表面活性剂水溶液中形成的聚集体的大小和分布,其CMC为5倍,5×CMC。图2显示了它们的表观等效流体动力学直径(DH)。除丝氨酸外,蓖麻油表面活性剂的DH分布普遍大于棉籽油表面活性剂的DH分布。SCAG和SCAA的DH分布分别集中在900和150 nm,而SCOG和SCOA聚集体的直径约为10 nm。对于丝氨酸,SCAS和SCOS的平均DH值分别约为100 nm和250 nm。这些结果可以通过蓖麻油衍生的表面活性剂的蓖麻油基和丝氨酸头部基团上都存在-OH基团来解释,促进了大聚集体,例如囊泡的形成(图2)。


3.4.透射电镜测量


为了进一步证实这些大聚集体的形态,SCAG、SCAA、SCAS和SCOS水溶液的TEM显微照片如图3所示。SCAG和SCAA水溶液中形成球状囊泡,而SCAS和SCOS自聚集成管状囊泡。对于SCAG和SCAA,观察到的球形囊泡的直径分别约为1μm和100-200 nm,与DLS测量结果一致。SCAS和SCOS的小管长度L≤4μm,直径d≤40 nm和100 nm。这些与DLS结果一致,表明由SCOS形成的聚集体的等效流体动力学直径大于来自SCAS的聚集体。TEM结果表明聚集体的形态取决于氨基酸残基和疏水尾部的结构。对于源自蓖麻油的表面活性剂,疏水尾部的-OH基团促进了球形囊泡的形成;而对于丝氨酸头基上带有-OH基团的表面活性剂,小管更稳定。


根据Israelachvili等人提出的著名的基于几何的包装参数理论。[21,22],双尾表面活性剂倾向于形成囊泡和其他双层结构,而单链表面活性剂形成球形胶束。我们的结果表明,这些Nacyl氨基酸表面活性剂是个例外。目前的结果与许多报道的文献结果一致,表明N-酰基氨基酸衍生物形成了各种高度组织的纳米级结构[2,11,23,24]。以前的FTIR和NMR研究表明,酰胺键的NeH部分和C]O基团之间的分子间氢键在这些表面活性剂的自组装过程中起着重要作用[11,25]。在这里,我们的结果进一步说明聚集体的形态取决于氨基酸的侧链类型和疏水尾部的官能团。可以通过使用相应脂肪酸的甲酯代替油来合成纯表面活性剂来进行进一步分析。

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