《Computational and Theoretical Chemistry》：A study of mixed micellar aggregates formed by the interplay among various synthesized QASs and the nonionic surfactants Triton X-114 and Brij-30
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摘要混合表面活性剂系统研究QASs（C16DMEAB、C16TEAB、C16MDEAB）与非离子 surfactants（TX-114、Brij-30）的协同效应，评估发泡能力、稳定性及云点变化，发现烷基链延长与羟基乙基取代显著影响界面活性和胶束化热力学参数。
马亨德拉·S·博尔斯（Mahendra S. Borse）、巴斯卡尔·K·尼卡姆（Bhaskar K. Nikam）、维拉斯·B·贾达夫（Vilas B. Jadhav）、帕蒂巴·G·劳恩达尔（Partibha G. Raundal）、桑德什·V·盖克瓦德（Sandesh V. Gaikwad）
印度马哈拉施特拉邦杜勒（Dhule）达希维尔-萨克里（Dahivel-Sakri）乌塔姆拉奥·帕蒂尔文理学院（Uttamrao Patil Arts and Science College）化学系
摘要
本文探讨了将季铵盐（QASs），具体为C16DMEAB（Cetyl Dimethyl Ethanol Ammonium Bromide）、C16TEAB（Cetyl Triethanol Ammonium Bromide）和C16MDEAB（Cetyl Methyl Di-Ethanol Ammonium Bromide），与非离子表面活性剂Triton X-114和Brij-30结合的新混合配方的发展。研究评估了多种特性，包括泡沫能力、泡沫稳定性、浊点（CP）以及在不同浓度下的胶束化热力学参数。研究发现，季铵盐的结构变化（如烷基链长度的变化和羟乙基基团的添加）显著影响了其界面活性和聚集行为。此外，季铵盐中烷基基团数量的增加与较高的浊点相关，而乙醇基团的添加则倾向于降低浊点。我们的研究结果表明，这些混合配方在未来的商业应用中具有很大的潜力。
引言
混合胶束溶液为提取生物分子提供了一种环保的方法[1]、[2]、[3]、[4]、[5]、[6]。这些配方通常基于浊点提取的水基胶束系统，使用非离子表面活性剂，并结合适当的添加剂，作为提取生物活性化合物的环保替代方案[7]、[8]、[9]、[10]。其中，季铵盐在促进微乳液中的胶束形成和稳定性方面起着重要作用[11]、[12]。季铵盐具有两亲性且表面活性强，其类似“双子结构”的特性有助于实现环保且无损的生物分子提取，从而更有效地降低表面张力和临界胶束浓度（CMC）[13]、[14]。通过修饰取代基团、头部基团替换和反离子，可以精细调节其分子性质和应用范围。此外，季铵盐的抗菌作用、扩散能力和起泡能力进一步扩展了其应用领域[15]、[16]。季铵盐广泛应用于防腐剂、制药、消毒剂、除草剂、杀菌剂和化妆品等领域[11]、[13]、[15]、[16]、[17]、[18]。最近的研究集中在胶束的内部结构及其与添加剂的相互作用上。季铵盐在水溶液中的表面活性主要受其疏水烷基链长度的影响。链长度的增加增强了表面活性剂的疏水性，导致临界胶束浓度（CMC）降低、表面张力降低以及吸附能力提高[17]、[19]。
评估这些参数有助于理解混合系统的行为，预测其功能应用，或修改添加剂结构以实现特定性能[20]、[21]。Triton-X和Brij类型的非离子表面活性剂在混合胶束形成中表现出协同效应，导致临界胶束浓度（CMC）低于单独成分。Triton X系列表面活性剂是一类具有不同聚氧乙烯链长度的多种表面活性剂，适用于特定的清洁、乳化和润湿应用。其中，Triton X-114（TX-114）是最知名且应用最广泛的表面活性剂之一，每个分子平均含有7.5至8个环氧乙烷单元。Triton X-100是一种多功能非离子表面活性剂，以其稳定的乳液、优异的润湿性和分散能力以及溶解疏水化合物的能力而闻名[22]、[23]、[24]、[25]，广泛应用于制药、化妆品生产、纺织加工和工业清洗等领域。Triton X-102和Triton X-100的环氧乙烷单元数分别为12和9，具有相似的性质和应用[25]、[26]、[27]。Triton X-405是一种每个分子含有35至40个环氧乙烷单元的辛基酚聚氧乙烯醚表面活性剂，用作乳化剂、润湿剂和洗涤剂。Triton X-165是一种每个分子含有16个环氧乙烷单元的异辛基酚聚氧乙烯醚表面活性剂，以其高效的溶解和乳化性能而适用于需要有效分散疏水化合物的应用。Triton X衍生物的一些典型CMC值如下：1) Triton X-100：CMC约为0.2–0.3 mM；2) Triton X-405：CMC约为0.05–0.1 mM。TX-114还广泛用于个人护理产品和家用清洁产品中，同时作为非离子洗涤剂用于蛋白质的溶解。TX-114在高温下溶解度降低，会导致形成两相水基胶束系统（ATPMS）[24]、[25]。这种环保方法特别适合分离生物物质，为传统的有害溶剂提取技术提供了绿色替代方案。TX-114溶液的浑浊现象是由于其在高温下聚氧乙烯基团的脱水所致。在我们的浊点测量实验中，我们使用了1%的TX-114溶液，这种浓度既适合观察浊点现象，又能兼顾灵敏度和实用性。1%的表面活性剂浓度能够在实验温度范围内形成可检测的胶束，同时减少其他成分的干扰，确保测量的高可靠性。1%的TX-114浓度是研究浊点（CP）的理想基线，能够有效突出温度引起的浑浊转变，同时最小化外部变量的影响。Brij-30也是一种重要的非离子表面活性剂，可用于多种配方中，有助于研究不同添加剂和条件对浊点的影响[28]、[29]、[30]、[31]、[32]。由于其室温下的液态性质和高溶解度，Brij-30易于处理，适合进行浊点测量。使用22%的酒精混合物可以增加Brij-30在纯水中的溶解度。为了克服Brij-30在水中的有限溶解度或高浓度聚集问题，酒精可以促进更有效的溶解，确保表面活性剂的均匀分布，这对于精确测定浊点至关重要。
混合溶剂系统非常适合减缓分解并保证溶液的长期稳定性。尽管有活跃的研究，但这些混合系统仍很大程度上未被充分理解。我们的目标是通过研究混合表面活性剂的性质来填补这一知识空白，这对推动胶体与界面科学领域的发展至关重要。揭示这些性质有助于我们更好地评估它们的作用，并阐明混合系统在未来的实际应用中的优势。
本研究的目的是实验性地研究包含TX-114、Brij-30和季铵盐（QASs）的混合系统的表面活性。迄今为止，尚未有关于非离子表面活性剂TX-114和Brij-30与季铵盐（特别是C16DMEAB、C16TEAB和C16MDEAB）及其溴离子阴离子相互作用的研究报道。此外，我们的目标是为特定技术和实际应用开发创新的混合胶束系统，其中季铵盐作为共表面活性剂来增强胶束性能。
材料
十六烷基溴（99%）、二甲基胺（90%）、2-甲基氨基乙醇（99.5%）、2,2'-二甲基亚氨基乙醇（96%）、三乙醇胺（98%）、2-甲基二乙醇胺（99.5%）、二乙醇胺（99%）、丙酮（99%）、乙酸乙酯（99%）、乙醇（99%）、氢氧化钠（99%）、硫酸钠（99%）、氯仿（99%），所有这些化学品均从Sigma实验室购买，无需纯化即可使用。制备溶液时使用去离子水。非离子表面活性剂Triton X-114和Brij-30也是购买的。
合成
本研究中使用的季铵盐（QASs）是通过文献中描述的成熟方法[33]、[34]合成的。这些季铵盐是通过2-甲基氨基乙醇、2,2'-二甲基亚氨基乙醇和三乙醇胺与市售表面活性剂十六烷基溴在丙酮溶剂中于60°C下反应制备的。所得到的季铵盐分别标记为a、b和c，如图1所示，在室温下呈白色固体，产率为90%。检查了它们的水溶性以确保适用性。
结论
本研究系统地研究了季铵盐（C16TEAB、C16MDEAB和C16DMEAB）对非离子表面活性剂Triton X-114和Brij-30在水性和水-酒精介质中的浊点（CP）行为、胶束化和热力学性质的影响。浊点强烈依赖于季铵盐的结构特征：氮甲基化程度的增加会提高浊点，而羟乙基取代基团的添加则通过提高表面活性剂的溶解性和水合作用降低浊点。这些效应源于某种平衡。
作者贡献声明
马亨德拉·S·博尔斯（Mahendra S. Borse）：撰写原始草稿。
巴斯卡尔·K·尼卡姆（Bhaskar K. Nikam）：撰写原始草稿。
维拉斯·B·贾达夫（Vilas B. Jadhav）：撰写原始草稿。
帕蒂巴·G·劳恩达尔（Partibha G. Raundal）：撰写原始草稿。
桑德什·V·盖克瓦德（Sandesh V. Gaikwad）：撰写原始草稿。
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文所述的工作。
致谢
作者衷心感谢印度马哈拉施特拉邦杜勒（Dhule）达希维尔-萨克里（Dahivel-Sakri）乌塔姆拉奥·帕蒂尔文理学院（Uttamrao Patil Arts, Science College）和德奥普尔（Deopur）祖拉尔·比拉吉拉奥·帕蒂尔文理商科学院（Zulal Bhilajirao Patil Arts, Commerce and Science College）的校长们，感谢他们为进行这项研究提供了所有必要的实验设施。作者还感谢纳希克（Nashik）地区萨塔纳（Satana）KAANMS学院的校长提供的实验室支持。
