磁性表面活性剂的研究进展及应用

磁性表面活性剂的研究进展及应用

舒振浩1

(1. 重庆交通大学 材料科学与工程学院，重庆  400041)

摘要：分别磁性表面活性剂是一种同时具备了表面活性和对磁性反应双重功能的表面活性剂,允许表面活性剂的性质能够很容易的由磁性的"开"和"关"来调节。论文主要综述了磁性表面活性剂的基本结构、制备、化学特性,以及应用研究的进展。文章中综述了磁性表面活性剂的基本结构、制备、表面特性以及应用研究进展。

关  键  词：磁性；表面活性；磁场；应用

中图分类号：O 319.56      文献标志码：A     文章编号：1674-0696（2011）

1引言

从表面活性剂的发展方向来看，除合成原材料的绿色化、合成路线绿色化、产品使用绿色化之外，还有许多表面活性物质，例如pH响应性表面活性剂[1]、二氧化碳反应性表面活性剂[2]、光响应表面活性剂[3]、磁性表面活性剂[4]、氧化还原反应性表面活性剂[5]、酶响应性表面活性剂[6]等，它们不仅具备表面活性，而且对外界情况也有反应，因而被称作“开关型”表面活性剂。“开关型”的表面活性剂中，磁表面活性剂是一种既有对磁反应又有表征作用的活性剂，它使得其特性可以通过“开”、“关”两种方式来实现，受到了广泛的重视。文章就其结构、合成、表面活性和用途等方面的最新研究成果作一综述，以期对我国的磁性表面活性物质的发展提供有益的参考。

2  磁性表面活性剂的结构特征

磁性表面活性剂主要包括两类：一种是含有长链的疏水性的表面活性基，另一类是d型或f型的金属型。不同带电性的基团可使表面活性剂分为阳离子型、阴离子型和非离子型；不同的亲水性可使表面活性剂分为水溶性和油溶性两类。

3  磁性表面活性剂的合成

合成表面活性剂的活性基团与一般方法一致。因此，在制备磁表面活性剂时，通常采用一种特殊的表面活性剂对磁感应的金属离子进行复合分解。

1）络合反应：如烷基咪唑溴盐溶于甲醇和等量三氯化铁中，发生反应得到磁性且具有表面活性的三氯

一溴铁合烷基咪唑。

2）复分解反应：如在乙醇水溶液中添加琥珀酸二异辛酯磺酸钠（AOT），并充分溶解，与镧系元素的硝酸盐或氯化物反应得到AOT镧系元素盐。

4磁性表面活性剂的表面活性和磁性

据上述亲水性的差异，分为水溶性和油溶性两种。本文主要探讨水溶性磁性表面活性剂。

4.1表面张力降低的效率和能力

磁性表面活性剂在水溶液中能够产生气液吸附界面，导致表面张力进一步降低，而超过临界胶束浓度（cmc）后形成的胶束引起溶液的聚集。没有外加磁场存在时，在相同浓度下，磁性表面活性剂比同结构非磁性母体表面活性剂水溶液的表面张力值更低。当表面活性剂浓度超过cmc时，磁性表面活性剂水溶液的平衡表面张力（γcmc）比同结构非磁性母体表面活性剂水溶液γcmc更低；表明磁性表面活性剂比同结构非磁性母体表面活性剂降低水溶液表面张力效率更高，降低表面张力的能力更大，这可能是与磁性阴离子有关。

影响磁性表面活性剂表面张力的主要因素是表面活性基团结构和烷基链长。在外加磁场下，非磁性表面活性剂水溶液表面张力稍有增加，如[C12TA][Br]，外加磁场反而使表面张力增加约1mN/m，可能是强磁场增强液体水的氢键和弱化范德华力的结果。

5 磁性表面活性剂的应用

1）与DNA的作用和药物输送在不破坏DNA螺旋结构的前提下，磁性表面活性剂比非磁性母体表面活性剂对鲱鱼精子DNA有更大的致密作用，这可能与磁性表面活性剂与DNA的非极性部分有较强的相互作用有关。

2）磁性微乳液和乳状液利用Mn(AOT)2、Co(AOT)2、Ce(AOT)3、Ho(AOT)3作为乳化剂形成了由正庚烷和水组成的W/O微乳液，通过对这些微乳液的磁性测定发现，用磁性表面活性剂形成的微乳液导致了磁化率较大的增加和磁行为的改变（在固体里是顺磁，而在溶液中为超顺磁），这可能是表面活性剂在油/水界面吸附时体相各向异性消失。

3）无机材料的制备和吸附

当用MC16DOTA作为模板剂制备纳米材料时[20]，反磁性ZnC16DOTA作为模板剂时合成得到的是具有典型的介观结构多分散球形硅粒子。当MnC16DOTA作为模板剂时，在理想条件下形成了具有平坦表面的规则。形状颗粒，介孔材料的形状令人惊奇，其十二重旋转对称意味着是一个准晶体。

5 总结与展望

磁性表面活性剂是一类新型表面活性剂，对其稳定性和磁性性能的解释还存在一些争议。但由于磁性表面活性剂存在磁响应，就为控制界面、分散、胶体、纳米粒子等开启了新的可能性，改变了传统上为了改变表面活性剂的性质采用电解质、pH或外部热力学变化（温度、压力）等对体系组成不可逆的或明显的能量输入，而磁性表面活性剂可以利用简单的磁场“开”和“关”就可以非创伤性、可逆的控制体系的物化性能。基于此点，磁性表面活性剂将具有宽泛的应用范围和良好的应用前景。

参考文献(References)：

[1] 张斌.石墨烯/电磁功能化有机微球轻质吸波材料的制备与性能研究[D]．武汉：武汉理工大学，2018．

[2] ZHANG X, QIAO J, ZHAO J, et al. High-efficiency electromagnetic wave absorption of cobalt-decorated NH2-UIO-66-derived porous ZrO2 /C[J]. ACS Applied Materials Interfaces, 2019,11:35959-35968.

[3] Shin J Y, Abbott N L. Using light to control dynamic surface tensions of aqueous solutions of water soluble surfactants [J]. Langmuir, 1999, 15(13)  : 4404-4410.

[4] Brown P, Bushmelev A, Butts C P, et al. Magnetic control over liquid surface properties with responsive surfactants ［J］. Angew. Chem. Int. Ed. 2012, 51: 2414 -2416.

[5] Tsuchiya K, Orihara Y, Kondo Y, et al. Control of viscoelasticity using redox reaction［J］. Journal of the American Chemical Society, 2004, 126(39）  : 12282-12283.

[6] Ulijn R V. Enzyme-responsive materials: a new class of smart biomaterials ［J］. Journal of Materials Chemistry, 2006, 16（23）  : 2217.