CN101642685A - 一种新型的对环境友好的反胶束体系及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种新型的对环境友好的反胶束体系，包括非极性连续相和形成反胶束的表面活性剂，非极性连续相是甲基硅氧烷类化合物，还包括形成反胶束所需的助表面活性剂。同时公开了该体系的制备方法如下：先将一定质量的表面活性剂完全溶解在助表面活性剂当中，表面活性剂和助表面活性剂的质量比为1∶0～1∶4；然后加入一定体积的甲基硅氧烷类化合物，保证表面活性剂的浓度在0.1mol/L－0.4mol/L的范围内；磁力搅拌或超声振荡至体系完全透明，室温下静置30min或经离心机以3000r/min转速处理10min后，至体系再次透明即得。本发明具有对环境的无污染和对人体健康的无危害的优点。
Description
技术领域
本发明属于反胶束技术及其应用领域，具体涉及到一种新型的对环境友好的反胶束体系及其制备方法。
背景技术
反胶束，又称反胶团、逆胶束，是表面活性剂分散于连续的非极性的有机相中，并且超过临界胶束浓度时自发形成的具有纳米尺度的稳定聚集体；该体系是一种分散相分布均匀、透明、各向同性的热力学稳定体系，体系中组成反胶束的表面活性剂极性头朝内形成极性核，核中能增溶水和一些极性化合物(如有机酸、蛋白质等)，利用此性质可以实现极性物质在非极性的连续介质中的稳定分散，在极性物质的萃取分离、酶的固定化、纳米微粒的合成制备等方面有重要应用
例如，在生物工程技术领域，常用萃取方法分离蛋白质、核酸等大分子生物活性物质，传统的溶剂萃取方法因难以保持被分离物质的活性而不能满足生化分离的要求。自1979年Luisi首次成功地利用反胶束体系将蛋白质在不发生变性的情况下传入有机相并又从有机相传入水相以后，反胶束萃取分离技术受到了极大的关注和发展，为生物活性物质的萃取分离难题提供了可靠的解决途径，是分离技术研究领域的一项突破。由于具有操作简便、成本低、萃取率高、分离的选择性好、条件温和不会引起被分离化合物的变性等优点，到20世纪90年代，反胶束萃取分离已成为生物工程的热门技术。目前，反胶束萃取分离技术在生物工程中的应用主要有：纯化和分离蛋白质、萃取氨基酸及维生素等功能性添加剂、从植物中同时提取油和蛋白质、提取胞内酶和胞外酶、浓缩α-淀粉酶等。
近年来，随着反胶束技术发展和酶催化反应研究不断深入，一个新的研究领域——胶束酶学开始产生和兴起。由于反胶束具有独特结构特征，它能使表面活性剂分子组成的膜将油水两相分隔开，高度分散的反胶束体系不仅为酶催化反应提供巨大相界面，且还可避免酶与周围有机溶剂直接接触。此外，反胶束体系还可较好地模拟酶的天然环境，因此，在反胶束体系下大多数酶可保持较高活性和稳定性，有时甚至表现出超活性。1989年，胶束酶学研究权威Martinek曾预言：反胶束体系有可能成为生物转化通用介质。目前反胶束酶主要应用在油脂的水解和合成、氨基酸的合成，高分子和药物的合成等方面。
反胶束的液滴或称“水池”是一种特殊的纳米空间，其尺寸可控制在几到几十纳米之间，尺度小且彼此分离，是理想的制备纳米微粒的反应场所。2000年，ndereg J.等人在Nature上报道了利用反胶束体系合成了具有纳米结构的纳米微粒。研究报道表明，用反胶束法制备纳米微粒具有操作简单、粒径大小可控、粒子分散性好、分布窄、易于连续化生产的特点，与传统的化学制备法相比，具有明显优势，在当前诸多制备纳米微粒的方法中显示出极其广阔的应用前景。
此外，近年来在反胶束技术基础上发展的微乳技术，通过与其他技术的结合，在微乳燃料、微乳洗涤、涂料、化妆品、织物染整、皮革加工和保护等诸多其他领域也显示了巨大的应用潜力。
与传统的方法相比，反胶束技术还是一个相对年轻的领域，某些理论和方法都是针对具体的反胶束体系而言的，目前可利用的反胶束体系还相当有限，并存在一些难以克服的缺点，给该技术的实际应用和推广带来了局限性。一个越来越受到关注的问题是：目前，传统的反胶束体系的连续相介质大多是烃类溶剂，不仅污染环境，而且对人类健康有害：它们经呼吸道吸入或皮肤吸收，可导致多发性神经炎、接触性皮炎等等；吸入高浓度烷烃时，由于窒息和麻醉作用甚至可以引起人或动物在短期内死亡。而采用其他油脂性介质如三甘酯等作为反胶束体系的连续相则因为其性质和来源的问题，难以获得像烃类溶剂一样的效果。
因此，需要寻找一种无毒环保的非极性溶剂来替代烃类溶剂，开发出新型的对环境友好的反胶束体系，以解决传统反胶束体系的有机溶剂污染问题，扩大反胶束技术的应用。
发明内容
针对背景技术中存在的问题，本发明提供一种新型的对环境友好的反胶束体系，以避免传统反胶束体系中烃类溶剂对环境的污染和对人体健康的危害，扩大反胶束技术的应用。
本发明采用的技术方案如下：一种新型的对环境友好的反胶束体系，包括非极性连续相和形成反胶束的表面活性剂，非极性连续相是甲基硅氧烷类化合物。
本发明一种新型的对环境友好的反胶束体系，还包括形成反胶束所需的助表面活性剂，所述助表面活性剂是链长为n＝4-12的醇类化合物。
本发明一种新型的对环境友好的反胶束体系的非极性连续相甲基硅氧烷类化合物是通式为SinOn(CH3)m R2n-m的环状硅氧烷产物或开环硅氧烷产物中一种或几种，其中n＝3～9，m＝0～2n，R是CH3或CH＝CH2。
本发明一种新型的对环境友好的反胶束体系中形成反胶束所需的助表面活性剂是通式为CnH2n+1OH的脂肪醇中的一种，其中n＝4-12。
本发明一种新型的对环境友好的反胶束体系中形成反胶束的表面活性剂是脂肪醇聚氧乙烯醚和烷基酚聚氧乙烯醚中的一种。
本发明一种新型的对环境友好的反胶束体系中形成反胶束的表面活性剂为二(2-乙基己基)琥珀酸酯磺酸钠，AOT。
本发明一种新型的对环境友好的反胶束体系中形成反胶束的表面活性剂为二辛基二甲基氯化铵，DODMAC。
本发明一种新型的对环境友好的反胶束体系中形成反胶束的表面活性剂为十八烷基三甲基氯化铵。
本发明一种新型的对环境友好的反胶束体系中形成反胶束的表面活性剂是卵磷脂。
制备本发明一种新型的对环境友好的反胶束体系的方法，具体步骤如下：先将一定质量的表面活性剂完全溶解在助表面活性剂当中，表面活性剂和助表面活性剂的质量比为1∶0～1∶4；然后加入一定体积的甲基硅氧烷类化合物，保证表面活性剂的浓度在0.1mol/L-0.4mol/L的范围内；按上述要求将表面活性剂、助表面活性剂和甲基硅氧烷类化合物混合后，磁力搅拌或超声振荡至体系完全透明，室温下静置30min或经离心机以3000r/min转速处理10min后，至体系再次透明即得到所需的反胶束体系。
本发明一种新型的对环境友好的反胶束体系由以下组分制备：
1)非极性连续相：甲基硅氧烷类化合物。该类化合物是以硅氧(Si-O)键为主链的有机-无机化合物，是一种无色透明的液体，无毒、无嗅、清洁而无油腻感，与大部分的醇和其它溶剂有很好的相容性。相关的毒理学研究证明，甲基硅氧烷类化合物是一种安全环保的化合物，对环境、大气和操作者都无害。由于良好的挥发性，大约50-90％的甲基硅氧烷类化合物都会在使用中或者使用后逃逸进入大气，仅有极少部分进入废水或土壤中。在大气中，D5被认为是一种对臭氧层无害的物质，因为它在空气中存在的寿命很短，很快就能被分解；而进入废水的D5在废水处理中也大部分被挥发释放出去；在土壤中，甲基硅氧烷类化合物在一个星期内会完全分解成无机硅酸盐、有机挥发性化合物，砂浆、水和二氧化碳等无害物质。因此，以甲基硅氧烷类化合物为连续相制备的反胶束体系安全、环保。
2)形成反胶束的表面活性剂：(1)非离子型表面活性剂(如脂肪醇聚氧乙烯醚、烷基酚聚氧乙烯醚)；(2)阴离子型表面活性剂(如二(2-乙基己基)琥珀酸酯磺酸钠，AOT)；(3)阳离子型表面活性剂(如二辛基二甲基氯化铵，DODMAC)；(4)两性离子型(如卵磷脂，Lecithin)。
3)形成反胶束所需的助表面活性剂：主要是中等链长(一般为C4～C12)的醇、酮、醚。制备反胶束时常需加入一定量助表面活性剂来进一步降低油水界面张力、减少表面活性剂大分子之间的空间阻碍作用，降低界面刚性，增加界面膜的流动性，才能形成稳定反胶束体系。
反胶束体系的增溶水量：
反胶束体系的最重要特征是可以增溶极性物质(如水和极性化合物)，因此一个体系能否增溶水是判别其是否反胶束体系的重要佐证，而反胶束体系增溶水量W0则是表征反胶束应用性能好坏的重要参数。反胶束增溶水量W0采用卡尔费休法测定：
W0＝反胶束体系增溶水摩尔数/反胶束体系表面活性剂摩尔数
本发明具有以下有益效果：
(1)本发明从反胶束体系中连续相溶剂选择的角度出发，以对环境和人类健康无害的非极性的甲基硅氧烷类化合物替代传统反胶束中的烃类有机溶剂，成功地制备出新型的生态环保型的反胶束体系。
(2)本发明中新型的对环境友好的反胶束体系中的连续相介质甲基硅氧烷类化合物无色、无嗅，对环境友好，对人类健康无害，从而克服了传统反胶束的烃类化合物对环境的污染。
(3)本发明中新型的对环境友好的反胶束体系，应用于各领域的萃取、合成、加工等过程，可以避免对产物的沾污，提高产品的质量。
(4)本发明中新型的对环境友好的反胶束体系扩展了反胶束技术的应用范围，可促进反胶束技术的应用和推广。
具体实施方式
下面结合实例详述本发明：
实例1：本发明的一种新型的对环境友好的反胶束体系由以下的组分制备：
非离子型表面活性剂：烷基酚聚氧乙烯醚(Tx10) 1.298g
助表面活性剂：正辛醇 0.649g
Tx10/正辛醇(质量比)＝1∶2
甲基硅氧烷类化合物：十甲基环五硅氧烷
制备方法：
先将1.298g(0.002mol)的表面活性剂Tx10完全溶解在0.649g助表面活性剂正辛醇当中，然后加入十甲基环五硅氧烷定容至10ml，以保证Tx10的摩尔浓度为0.2mol/L。磁力搅拌或超声振荡使体系完全透明，室温下静置30min或经离心机以3000r/min转速处理10min后，体系仍透明即形成反胶束体系。采用卡尔费休法测定反胶束最大增溶水量W0＝66.7。
实例2：本发明的一种新型的对环境友好的反胶束体系由以下的组分制备：
阳离子型表面活性剂：十八烷基三甲基氯化铵 0.522g
助表面活性剂：正辛醇 0.174g
十八烷基三甲基氯化铵/正辛醇(质量比)＝1∶3
甲基硅氧烷类化合物：十甲基环五硅氧烷
制备方法：
先将0.522g(0.0015mol)的表面活性剂十八烷基三甲基氯化铵完全溶解在0.174g助表面活性剂正辛醇当中，然后加入十甲基环五硅氧烷定容至10ml，以保证十八烷基三甲基氯化铵的摩尔浓度为0.15mol/L。磁力搅拌或超声振荡使体系完全透明，室温下静置30min或经离心机以3000r/min转速处10min后，体系仍透明即形成反胶束体系。采用卡尔费休法测定反胶束最大增溶水量W0＝51.8。
实例3：本发明的一种新型的对环境友好的反胶束体系由以下的组分制备：
非离子型表面活性剂：脂肪醇聚氧乙烯醚(MOA3) 1.113g
助表面活性剂：正辛醇 0.557g
MOA3/正辛醇(质量比)＝1∶0.5
甲基硅氧烷类化合物：八甲基环四硅氧烷和十甲基环五硅氧烷的混合物
制备方法：
先将1.113g(0.0035mol)的表面活性剂MOA3完全溶解在0.557g助表面活性剂正辛醇当中，然后加入八甲基环四硅氧烷和十甲基环五硅氧烷的混合物定容至10ml，以保证MOA3的摩尔浓度为0.35mol/L。磁力搅拌或超声振荡使体系完全透明，室温下静置30min或经离心机以3000r/min转速处10min后，体系仍透明即形成反胶束体系。采用卡尔费休法测定反胶束最大增溶水量W0＝20.3。
实例4：本发明的一种新型的对环境友好的反胶束体系由以下的组分制备：
阴离子型表面活性剂：二(2-乙基己基)琥珀酸酯磺酸钠 0.667g
甲基硅氧烷类化合物：十甲基环五硅氧烷
制备方法：
先将0.667g(0.0015mol)的表面活性剂二(2-乙基己基)琥珀酸酯磺酸钠溶解在十甲基环五硅氧烷中，继续加入十甲基环五硅氧烷并定容至10ml，以保证二(2-乙基己基)琥珀酸酯磺酸钠的摩尔浓度为0.15mol/L。磁力搅拌或超声振荡使体系完全透明，室温下静置30min或经离心机以3000r/min转速处10min后，体系仍透明即形成反胶束体系。采用卡尔费休法测定反胶束最大增溶水量W0＝10.3。
实例5：本发明的一种新型的对环境友好的反胶束体系由以下的组分制备：
非离子型表面活性剂：烷基酚聚氧乙烯醚(Tx10) 0.973g
助表面活性剂：正辛醇 2.433g
Tx10/正辛醇(质量比)＝1∶2.5
甲基硅氧烷类化合物：十二甲基环六硅氧烷
制备方法：
先将0.973g(0.0015mol)的表面活性剂Tx10完全溶解在2.433g助表面活性剂正辛醇当中，然后加十二甲基环六硅氧烷定容至10ml，以保证Tx10的摩尔浓度为0.15mol/L。磁力搅拌或超声振荡使体系完全透明，室温下静置30min或经离心机以3000r/min转速处10min后，体系仍透明即形成反胶束体系。采用卡尔费休法测定反胶束最大增溶水量W0＝48.1。
Claims (10)
1、一种新型的对环境友好的反胶束体系，包括非极性连续相和形成反胶束的表面活性剂，其特征在于：非极性连续相是甲基硅氧烷类化合物。
2、如权利要求1所述的一种新型的对环境友好的反胶束体系，其特征在于：还包括形成反胶束所需的助表面活性剂，所述助表面活性剂是链长为n＝4-12的醇类化合物。
3、如权利要求1或2所述的一种新型的对环境友好的反胶束体系，其特征在于：非极性连续相的甲基硅氧烷类化合物是通式为SinOn(CH3)m R2n-m的环状硅氧烷产物或开环硅氧烷产物中一种或几种，其中n＝3～9，m＝0～2n，R是CH3或CH＝CH2。
4、如权利要求2所述的一种新型的对环境友好的反胶束体系，其特征在于：形成反胶束所需的助表面活性剂是通式为CnH2n+1OH的脂肪醇中的一种，其中n＝4-12。
5、如权利要求1或2所述的一种新型的对环境友好的反胶束体系，其特征在于：形成反胶束的表面活性剂是脂肪醇聚氧乙烯醚和烷基酚聚氧乙烯醚中的一种。
6、如权利要求1或2所述的一种新型的对环境友好的反胶束体系，其特征在于：形成反胶束的表面活性剂为二(2-乙基己基)琥珀酸酯磺酸钠，AOT。
7、如权利要求1或2所述的一种新型的对环境友好的反胶束体系，其特征在于：形成反胶束的表面活性剂为二辛基二甲基氯化铵，DODMAC。
8、如权利要求1或2所述的一种新型的对环境友好的反胶束体系，其特征在于：形成反胶束的表面活性剂为十八烷基三甲基氯化铵。
9、如权利要求1或2所述的一种新型的对环境友好的反胶束体系，其特征在于：形成反胶束的表面活性剂是卵磷脂。
10、制备一种新型的对环境友好的反胶束体系的方法，其特征在于，具体步骤如下：先将一定质量的表面活性剂完全溶解在助表面活性剂当中，表面活性剂和助表面活性剂的质量比为1∶0～1∶4；然后加入一定体积的甲基硅氧烷类化合物，保证表面活性剂的浓度在0.1mol/L-0.4mol/L的范围内；按上述要求将表面活性剂、助表面活性剂和甲基硅氧烷类化合物混合后，磁力搅拌或超声振荡至体系完全透明，室温下静置30min或经离心机以3000r/min转速处理10min后，至体系再次透明即得到所需的反胶束体系。
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|---|---|---|---|---|
| CN103203192A (zh) * | 2013-02-05 | 2013-07-17 | 东华大学 | 一种非离子反胶束体系及其改性极性物质的方法 |
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2009
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