高密度二酸化炭素中で優れた可溶化性能を発揮する炭化水素系界面活性剤の開発

开发出在高密度二氧化碳中表现出优异增溶性能的烃类表面活性剂

• 批准号: 13F03768
• 负责人: 鷺坂 将伸
• 金额: $ 0.7万
• 依托单位: Hirosaki University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2013
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2013-04-01 至 2015-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-13F03768/
• 关键词: 界面活性剤; 超臨界二酸化炭素; マイクロエマルション; 逆ミセル; 二酸化炭素; 可溶化; 炭化水素; 分岐; 小角中性子散乱; 分子集合体

本研究は、4鎖型(QC)炭化水素系界面活性剤を合成し、それらの水および超臨界CO2中での界面化学的物性の評価を行った。ブチル、ヘキシル、オクチル、2-エチルヘキシル、イソブチル、およびsec-ブチルを4鎖もつQCスルホサシンアミド界面活性剤を合成した。それぞれQC4, QC6, QC8, QC4-Br1、QC4-Br2と呼ぶ。QC4, QC6, QC4-Br1 と QC4-Br2は水中で界面活性を示し、それぞれ水の表面張力をが36.0, 26.6, 30.0, そして30.0 mN/mまで低下させた。QC6の26.6 mN/m は、分岐のない短鎖の炭化水素系界面活性剤では非常にまれな優れた表面張力低下能力であった。一方で、QC4-Br1、QC4-Br2、QC8は水に不溶であった。英国ラザフォードアップルトン研究所ISISにて、小角中性子散乱(SANS)測定を行ったところ、QC4水溶液では、電荷を持つ小さな楕円体ミセルと大きな多分散楕円会合体が存在することが明らかになった。一方、QC6水溶液の場合、CMCの5倍の濃度では、界面のはっきりしない球状会合体が、CMCの10倍および20倍の濃度では、1.3nmのコアと厚さ2.0nmのシェルをもつ会合体の存在が示された。シェルとコアの散乱長密度は、それぞれ界面活性剤と溶媒に相当するため、この結果はコア―シェル型ミセルではなくナノベシクルの存在を示唆する。QC4-Br1 とQC4-Br2は水に不溶なため、水系では有意なSANSプロファイルが得られなかった。また、QC4-Br1とQC4-Br2は、目視観察によって高いCO2溶解性を持つことが確認されたが、残念ながらCO2中での会合体形成を示すSANSプロファイルは得られなかった。一方で、4本のブチル鎖を持つQCスルホグルタミド 界面活性剤QC4-gluは、CO2親和性が高く、界面活性剤に対する水のモル比(W)が10まで水/CO2マイクロエマルションを安定に形成させた。これは、もっともよく知られているCO2溶解性炭化水素系界面活性剤の一つTC14の性能（W=5までの水可溶化）を超えるものである。

在这项研究中，我们合成了四链（QC）烃类表面活性剂，并评估了它们在水和超临界二氧化碳中的表面化学性质。合成了具有丁基、己基、辛基、2-乙基己基、异丁基和仲丁基四个链的QC磺基糖酰胺表面活性剂。它们分别称为 QC4、QC6、QC8、QC4-Br1 和 QC4-Br2。 QC4、QC6、QC4-Br1和QC4-Br2在水中表现出界面活性，分别将水的表面张力降低至36.0、26.6、30.0和30.0 mN/m。 QC6具有26.6 mN/m的优异表面张力降低能力，这对于无支链短链烃表面活性剂来说是极其罕见的。另一方面，QC4-Br1、QC4-Br2和QC8不溶于水。英国卢瑟福阿普尔顿研究所 ISIS 进行的小角中子散射 (SANS) 测量表明，QC4 水溶液中存在小型带电椭圆体胶束和大型多分散椭圆聚集体。另一方面，在QC6水溶液的情况下，在CMC的5倍浓度下，形成界面不清晰的球形聚集体，在CMC的10倍和20倍浓度下，形成具有1.3nm核和1.3nm直径的聚集体。形成了2.0 nm厚的壳。由于壳和核的散射长度密度分别对应于表面活性剂和溶剂，因此该结果表明存在纳米囊泡而不是核-壳胶束。由于 QC4-Br1 和 QC4-Br2 不溶于水，因此在水性体系中未获得显着的 SANS 曲线。此外，目视观察证实QC4-Br1和QC4-Br2具有高CO2溶解度，但遗憾的是没有获得表明CO2中聚集体形成的SANS图谱。另一方面，QC 磺基谷酰胺表面活性剂 QC4-glu 具有四个丁基链，具有高 CO2 亲和力，可稳定形成水/CO2 微乳液，直至水与表面活性剂 (W) 的摩尔比为 10。这超过了 TC14 的性能（水溶性高达 W=5），TC14 是最著名的 CO2 溶性烃表面活性剂之一。

项目成果

Hyper-Branched Double-Hydrocarbon-Tail Surfactants for a Fluorocarbon-like Low Surface Energy

用于类氟碳低表面能的超支化双烃尾表面活性剂

• 发表时间: 2014
• 作者: A. Ohata;T. Narumi;T. Endo,C. James;A. Yoshizawa;F. Guittard;J. Eastoe;M. Sagisaka
• 通讯作者: M. Sagisaka

The Development of Highly Branched Hydrocarbon Surfactants as a Substitute for Fluorocarbon Surfactants

替代氟碳表面活性剂的高度支化烃表面活性剂的开发

• 发表时间: 2014
• 作者: M. Sagisaka;T. Narumi;M. Niwase;S. Narita;A. Ohata;C. James;A. Yoshizawa;E. Guittard;F. Guittard;S. Alexander;J. Eastoe
• 通讯作者: J. Eastoe

Hydrotrope induced shape transitions in supercritical CO2 microemulsions

水溶助长剂诱导超临界 CO2 微乳液中的形状转变

• 发表时间: 2014
• 作者: C. James;M. Hopkins-Hatzopoulos,T. Narumi;A. Yoshizawa;J. Eastoe;M. Sagisaka
• 通讯作者: M. Sagisaka

Low-Fluorine-Content Triple-tail Surfactants for Water / Supercritical CO2 Microemulsions

用于水/超临界 CO2 微乳液的低氟含量三尾表面活性剂

• 发表时间: 2014
• 作者: K. Sato;S. Iwama;C. James;A. Yoshizawa;T. Ardyani;A. Mohamed;F. Guittard;J. Eastoe;M. Sagisaka
• 通讯作者: M. Sagisaka

超臨界二酸化炭素中における低フッ素量三鎖型界面活性剤の効率的な水の可溶化と逆ミセル構造

低氟三链表面活性剂在超临界二氧化碳中的高效增溶和反胶束结构

• 发表时间: 2014
• 作者: 佐藤広大;岩間修穂;Craig James;吉澤 篤;鷺坂将伸
• 通讯作者: 鷺坂将伸