TW201900273A - 一種檞皮素型界面活性劑、其製備方法與應用 - Google Patents

Abstract

本發明製備天然檞皮素型界面活性劑，使用槲皮素與二醇化合物在酸性催化劑下經聚縮合成槲皮素衍生物，使用選自：聚乙二醇、聚環氧乙烷、聚氧乙烯之聚氧乙烯醚鏈段與二酸、或酸酐化合物進行開環聚合得到具醚基之嵌段共聚合物，將槲皮素衍生物與具醚基之嵌段共聚合物進行酯化反應，再加入水解透明質酸，透過縮合反應製備一系列天然檞皮素型界面活性劑。透過縮合反應技術將疏水性之檞皮素與親水性透明質酸結合，大幅提升界面活性劑之水溶性，使具有優異之分散能力、乳化能力、潤濕性、潤滑性、光澤質感，且同時兼具了生物可分解、天然環保之特性，可廣泛應用於染整、化妝品、清潔用品、醫藥品、食品、工業製品之乳化、分散、濕潤等相關產業用途。

Description

一種檞皮素型界面活性劑、其製備方法與應用

本發明製備天然檞皮素型界面活性劑，係由生物可分解、對人體無毒性之槲皮素與二醇化合物在酸性催化劑下經聚縮合槲皮素衍生物，使用不同分子量之選自：聚乙二醇(PEG)、聚環氧乙烷(PEO)、聚氧乙烯(POE)之聚氧乙烯醚鏈段與二酸、或酸酐化合物進行開環聚合得到具醚基之嵌段共聚合物作為連結基(spacer)，將槲皮素衍生物與具醚基之嵌段共聚合物進行酯化反應，再加入水解透明質酸，透過縮合反應製備一系列天然檞皮素型界面活性劑。透過縮合反應技術將疏水性之檞皮素與親水性透明質酸結合，大幅提升界面活性劑之水溶性，使具有優異之分散能力、乳化能力、潤濕性、潤滑性、光澤質感，且同時兼具了生物可分解、天然環保之特性，可廣泛應用於染整、化妝品、清潔用品、醫藥品、食品、工業製品之乳化、分散、濕潤等相關產業用途。

近年來，由於工業之發展迅速，因而產生二項影響人類生存之嚴重問題，一為能源危機，一為環境污染。能源危機主要起因於石油之大量消費，人類所使用之物品又過分依賴石油原料，造成石油能源之短缺， 且由於以石油為原料之產品，甚多不易自然分解。大量之廢棄物，造成地球上嚴重之環境汙染，為減少此現象，污染物之處理技術、減少污染物產生之工程技術及可分解性原材料之開發，甚受重視。

因此，環保和安全乃為未來界面活性劑工業發展的主要推動力。對界面活性劑污染可能產生的危害、降解性能和在環境中的累積性能等進行環境安全性評價具有十分重要的意義。習知技術中一般認為，陽離子界面活性劑的毒性較大，常用來殺菌消毒；陰離子型界面活性劑具有一定毒性；非離子型界面活性劑的毒性相對較小，但有的降解產物毒性很大，使用後常須丟棄，容易造成環境汙染，因此在使用界面活性劑時，除考慮其界面活性及機能性外，是否造成環境汙染之評估，甚為重要。

可分解型界面活性劑又稱為暫時性界面活性劑或可控半衰期的界面活性劑(surfactants with controlled half-live)，其最初的定義是：在完成其應用功能後，透過酸、鹼、鹽、熱或光的作用能分解成非界面活性物質或轉變成新界面活性化合物的一類界面活性劑。這類界面活性劑分子極性端和疏水鏈之間往往含有穩定性有限的弱鍵，該弱鍵的裂解將可直接破壞分子的界面活性，也就是通常所說的界面活性劑初級分解。依照可分解官能基的不同一般可將可分解型界面活性劑分為縮醛型和縮酮型兩大類。與一般界面活性劑相比較，可分解型界面活性劑具有更好的環保概念，這類界面活性劑可以排除一些複雜情况。近年來，人們對可分解型界面活性劑的認識已不斷深化和發展。對於環境影響的大小和生物可分解性的快慢 已逐漸成為判斷界面活性劑好壞的一個很重要的指標。

界面活性劑在全球穩定發展的趨勢下，為相關產業的發展提供了優異的環境，對於產品的結構、品項、性能與技術上要求也越來越高。因此，開發安全、溫和、天然、可生物分解以及具有特殊作用的界面活性劑，為新產品的開發與應用提供了良好的基礎。

本發明之目的是藉由天然之槲皮素為原料，並以透明質酸加以改質成綠色環保的界面活性劑，除具降低表面張力、良好濕潤性、及乳化分散之界面活性效果外，並具備低毒性、生物可分解性，且對人體無害。

本發明所用之槲皮素(Quercetin；QT)又稱櫟精、五羥基黃酮，是植物界分佈最廣的黃酮類化合物，是具有酚羥基的還原性化合物，其自身容易被氧化而具有抗氧化作用；抗氧化劑發揮抗氧化作用的途徑就是抗氧化劑的酚羥基與有害自由基反應，形成較穩定的半醌式自由基，進而中止有害自由基的鍊式反應，而化合物具有多個酚羥基，是由活性最高或者還原性最強的酚羥基決定氧化劑性能，其次通過自身的還原性質，直接給出電子消耗掉有害自由基，在講究綠色化學、能源再利用的現今社會中，具有極大的開發潛力。

如下化學式(1)所示，槲皮素的B環與C環共軛，使槲皮素整個分子處於同平面，而槲皮素三個環上的羥基具有不同的抗氧化活性，A環具有間位酚羥基取代，B環有鄰位酚羥基取代，C環的三位有羥基取代，其中B環上的酚羥基的抗氧化活性最高，A環上的抗氧化活性最弱。

槲皮素4'位羥基脫氫後，形成穩定的共振半醌式自由基，槲皮素中4'-OH活性最高，氫最容易被提取，這主要是由於槲皮素B環中相鄰羥基之間的弱氫鍵相互作用，這種額外的共軛穩定性以及協同作用增強了4'-羥基的活性。而活性氧自由基有羟基自由基(‧OH)，過氧羥自由基(‧OOH)和超氧陰離子自由基(O₂ ^-‧)，O₂ ^-‧是最活潑的含氧自由基，很容易與槲皮素中不同位的OH反應，當O₂ ^-‧與槲皮素中C環上的3-OH反應時，直接生成了槲皮素脫氫自由基和過氧羥陰離子自由基複合物。槲皮素主要的抗氧化機制是通過酚羥基與自由基反應，形成共振穩定半醌式自由基結構，從而中止有害自由基的鍊式反應。槲皮素分子清除含氧自由基R‧的反應可以表達為：[Quercetin-OH]+R‧→[Quercetin-O‧]+RH

本發明之一種檞皮素型界面活性劑，係具有通式(I)結構之界面活性劑， 式中，L為二醇化合物殘基，G為檞皮素残基，x為酸酐或二酸化合物中-CH₂-段之重複數量，其值為1至20，其中，二醇化合物選自碳數2至20之直鏈或支鏈二醇化合物，n表示聚氧乙基醚鏈段重複單位數，其值為10~5000，其中m表示透明質酸鏈段重複單位數，其值為10~10000。

本發明一種檞皮素型界面活性劑，其中所用之透明質酸(Hyaluronic Acid；HA)又稱醣醛酸、琉璃醣碳基酸，是帶負電的葡萄糖胺聚糖，為動物結締組織內所含的線性多醣體，其結構由D-葡萄醣醛酸(D-glucuronic Acid)與N-乙醯氨基葡萄糖(N-acetyl-D-glucosamine)雙醣單體，由β-1,3、β-1,4糖苷鍵(Glycosidic Bond)聚合而成且不具分枝的多醣體，其中，本發明之透明質酸來自微生物發酵法、化學合成、動物萃取法之任一種。在人體的透明質酸分佈於胞外基質(Extracellular Matrix，ECM)與細胞周邊基質(Pericellular Matrix)中，透明質酸且在軟結締組(Softconnective Tissues)的胞外基質具有較高濃度，有高度的生物相容性，與皮膚的成熟、老化與傷口修復皆有關係。在正常生理狀況下，人體中的透明質酸有50%都存在於皮膚的細胞內基質中，透明質酸會與纖維母細胞表面的表面受器(CD-44)結合，進而造成細胞相互聚集，若傷口週邊存在大量透明質酸時會與CD-44大量結合，細胞則無法相互連結聚集，產生抗細胞沾黏的性質，同時驅使角質細胞的移動與增生，加速傷口週邊間質細胞移入，以及平衡新生膠原蛋白的合成、規則排列與沉積速度，進而減少疤痕生成，小分子的透明質酸則可以調控組織血管新生的能力。透明質酸具有保水(Immobilize water)、黏稠等特性，其因透明質酸分子具有，在空間上呈剛性的螺旋柱狀 結構，柱的內側存在大量的羥基而產生強親水性，而且透明質酸三維立體結構將其結合的水分子鎖定在其雙螺旋柱狀結構中，使水分不易流失，保水能力理論上可高達500mL/g，使得透明質酸在美容整形、軟組織重建、關節液補充、眼科手術、牙科及傷口修復上都有相當的貢獻，其化學結構如下： 其中m表示透明質酸鏈段重複單位數，其值為10~10000。

本發明一種檞皮素型界面活性劑，係由生物可分解、對人體無毒性之槲皮素與二醇化合物在酸性催化劑下經聚縮合槲皮素衍生物，使用不同分子量之選自：聚乙二醇(PEG)、聚環氧乙烷(PEO)、聚氧乙烯(POE)之聚氧乙烯醚鏈段與二酸、或酸酐化合物進行開環聚合得到具醚基之嵌段共聚合物作為連結基(spacer)，將槲皮素衍生物與具醚基之嵌段共聚合物進行酯化反應，再加入水解透明質酸，透過縮合反應製備一系列天然檞皮素型界面活性劑。透過縮合反應技術將疏水性之檞皮素與親水性透明質酸結合，大幅提升界面活性劑之水溶性，使具有優異之分散能力、乳化能力、潤濕性、潤滑性、光澤質感，且同時兼具了生物可分解、天然環保之特性，可廣泛應用於染整、化妝品、清潔用品、醫藥品、食品乳化等相關產業用途，具有優異產業應用性與市場取代性。

本發明之檞皮素型界面活性劑，在工業上可廣泛被應用於濕 潤及乳化劑，又因其具有滑順、控油、持久、防水及光澤效果，使其在製藥、化妝品之應用上已變得逐漸重要。檞皮素本身為水不溶性，於實際應用上仍有其不便利性，本研究團隊已將此水不溶性檞皮素經二醇類、二酸類或酸酐和聚氧乙烯醚鏈段，以及透明質酸改質後，成為含聚酯之水溶性高分子，此系列高分子具有優異之界面性質，包括表面張力、起泡性、濕潤性。在應用性質方面，此系列水溶性高分子可應用於酸性染料染尼龍纖維上，作為均染劑之用，增加與染料間之親和力，降低染料-界面活性劑複合體之擴散速率。

本發明一種檞皮素型界面活性劑之製備方法，係由檞皮素與二醇化合物反應之產物A，酸酐、或二酸化合物與選自：聚乙二醇、聚環氧乙烷、聚氧乙烯之聚氧乙烯醚鏈段反應之產物B，再將產物A與產物B縮合反應得到產物C，產物C再與透明質酸反應而所得粗產物。使用生物可分解、對人體無毒性之檞皮素與二醇化合物反應之反應物，利用不同分子量之選自：聚乙二醇、聚環氧乙烷、聚氧乙烯之聚氧乙烯醚鏈段與酸酐、或二酸化合物反應產物作為連結基(spacer)，連結透明質酸及檞皮與二醇之反應產物，其中該透明質酸，透過縮合反應技術將疏水性之檞皮素與親水性透明質酸結合，大幅提升水溶性且展現出其本身所具備之優異特性，使其在使用上有更廣泛的產業應用性，此外，更進一步改善生物可分解之效率。

本發明一種檞皮素型界面活性劑之製備包含下列(a)至(d)之合成步驟：(a)將檞皮素與二醇化合物反應，加入觸媒緩緩升溫至80~200℃，反應1~8小時，而後冷卻至50~110℃，加入鹼(例如鹼金屬氫氧化物、NaOH、 KOH)終止反應，升溫至120~200℃之間抽氣減壓去除多餘二醇和水並維持2~6小時，得產物A；(b)將選自：聚乙二醇、聚環氧乙烷、聚氧乙烯之聚氧乙烯醚以及二酸或酸酐化合物酯化反應，置於瓶中升溫至30~80℃攪拌使酸酐化合物與聚氧乙烯醚均勻混合後，加入觸媒，緩緩升溫至110~200℃，反應2~8小時，得產物B；(c)將產物A和產物B，置於反應瓶中升溫至80~200℃，並利用水流式抽氣減壓去除水分，得產物C；(d)產物C和透明質酸化合物，於60℃~100℃反應3~10小時，得一系列檞皮素型界面活性劑粗產物，此物再以乙醇作為溶劑利用抽氣過濾將未反應物去除，再萃取濾液上層，使用真空濃縮機去除溶劑得最終產物。

本發明一種檞皮素型界面活性劑之製備，其中觸媒選自四異丙醇鈦(IV)、硫酸、鹽酸任一或其組成之群者。

本發明一種檞皮素型界面活性劑之合成反應式如下：其中二酸或酸酐化合物以馬來酸酐為例，二醇化合物以丙二醇為例

本發明之檞皮素型界面活性劑之結構分析：

(1)紅外線吸收光譜儀

Perkin-Elmer Spectrum One,CT，將本發明之槲皮素型界面活性劑產物濃縮、真空烘箱完全除溶劑，以ATR將產物塗抹於測試台上，分析鑑定各合成產物之官能基。

此測試結果，如表1及圖一所示。

(2)核磁共振光譜分析

核磁共振光譜(Nuclear Magnetic Resonance Spectroscopy,NMR)，NMR是可從微量化合物中鑑定有機化合物結構的儀器之一，在4~600MHz之無線電波區的電磁輻射吸收下所量測，涉及原子核吸收的過程，對某些原子核具有自旋和磁矩的性質，從量子力學的觀點看，每個元素中的核子(Nucleus)，其磁自旋量子數(Magnetic Spin Quantum Number)以I來代表，若I≠0時，此核子在磁場中會產生NMR訊號；反之，若I=0，則此核子在磁場中，無法生成NMR訊號。因此暴露於強磁場中原子核會吸收電磁輻射，由磁場誘導而發生能階分裂的結果，藉由傅立葉轉換(Fourier Transform)此訊號，則可進一步分析、確定其分子結構。H-NMR儀主要是偵測¹H核子的訊號，在分子中每個¹H核子所處的周遭環境都不相同，因此出現的訊號位置也不一樣，即化學位移(Chemical Shifts，δ)，以TMS(Tetramethylsilane)為標準，定其為0，¹H-NMR化學位移通常在0~15ppm之間。

本發明之槲皮素型界面活性劑之合成產物以重水(D₂O)作為溶劑之核磁共振光譜測試結果經分析列於表2。

本發明之檞皮素型界面活性劑之性能分析：

1.表面張力測定

CBVP-A3,Kyowa Kaimenagaku Co.LTD.,Japan.，使用數字型吊白金片(式)表面張力測定儀測試。

(1)先將儀器完成各校正手續。

(2)將白金片以酒精及純水清洗，再以酒精燈將白金片燒至火紅待冷卻後吊於掛勾上。

(3)將玻璃培養皿洗淨烘乾後，注入待測液約10ml後，放置於升降台上。

(4)啟動儀器開關使升降台緩慢上升，當待測液液面觸碰白金片時，升降台會自動停止，記錄穩定時之表面張力值。

(5)重複上述步驟3次，求其平均值。此測試結果，如圖二所示。

2.接觸角測定。

FTA,FTA-125，以照相式接觸角測定儀測試。

(1)調整鏡頭之焦距以及亮度對比，完成各校正手續。

(2)配製不同濃度之樣品溶液。

(3)選擇欲濕潤之測試板(PVC、Acrylic)

(4)將試樣溶液滴於測試板，擷取畫面經電腦計算後顯示接觸角(Contact Angle)值。

(5)重複步驟3次測其平均值。

此測試結果，如圖三所示。

3.起泡性測定

Model KD-10,Daiei Kagaku Seiki MFG.Co.LTD.,Japan，以Ross and Miles法測定。

(1)配製1wt%之樣品溶液500ml，放置試樣槽中。

(2)固定馬達流速為400ml/min，水溶液經由循環幫浦壓出後，經噴嘴流出而連續注入受盤內，此受盤之溶液到達一定高度時會自動溢出，使液面維持一定高度。

(3)溢出之樣品溶液會自動循環回試液槽中再循環，經1小時循環後，記錄計量筒內之泡沫高度，此為樣品之泡沫最大高度。

(4)關掉幫浦，經5分鐘後再記錄泡沫高度，此即為泡沫安定度。

此測試結果，如圖四所示。

4.螢光光譜測定

螢光光譜儀：Aminco-Bowman Series 2 Luminescence Spectrometer,Thermo Spectronic,Model FA-357。

(1)精秤0.0101g pyrene螢光試劑溶於500ml 95%乙醇溶液中，秤取0.2g芘-乙醇溶液於100ml燒杯中(A燒杯)，置於烘箱以50℃將乙醇烘乾。

(2)配製不同濃度助劑溶液20ml於100ml燒杯中(B燒杯)。

(3)將B燒杯中之助劑溶液20ml倒入A燒杯之含芘螢光試劑，置於超音波震盪機震盪15min。

(4)以螢光光譜儀測定，Excitation wavelength：335nm，Emission wavelength：350~450nm。

此測試結果，如圖五所示。

5.乳化能力

(1)配製1wt%之助劑溶液。

(2)秤取10wt%(O/W)之橄欖油助劑溶液以及10wt%(O/W)之鮫鯊烷助劑溶液。

(3)以均質機(Ultra Turrax T25 Homogenizer)在轉速11,000rpm下攪拌10min，靜置10min。

(4)以界面電位儀(Colloidal Dynamics,ZetaProbe Analyzer)測定各乳液之界面電位。

(5)以粒徑分析儀(Particle Size Distribution Analyzer)測定各乳液液滴之粒徑大小及分佈。

此測試結果，如圖六~八所示。

本發明之檞皮素型界面活性劑具有優異之分散乳化能力、潤濕、潤滑性、以及提升光澤質感特性之外，同時兼具了生物可分解天然環保之特性，可廣泛應用於染整、化妝品、清潔用品、醫藥品、食品、工業製品乳化等相關產業用途上，具有優異產業應用性與市場取代性。

圖一、本發明槲皮素型界面活性劑之FT-IR光譜圖

圖二、本發明槲皮素型界面活性劑之表面張力圖

圖三、本發明槲皮素型界面活性劑之接觸角圖

圖四、本發明槲皮素型界面活性劑之起泡性圖

圖五、本發明槲皮素型界面活性劑之螢光光譜圖

圖六、本發明之槲皮素型界面活性劑之第一波峰與第三波峰螢光比值圖

圖七、本發明槲皮素型界面活性劑之導電度圖

圖八、本發明槲皮素型界面活性劑，濃度0.5%(w/w)之第0小時之初始粒徑平均分佈圖

圖九、本發明槲皮素型界面活性劑，濃度0.5%(w/w)之第5小時之粒徑平均分佈圖

圖十、本發明槲皮素型界面活性劑對蓖麻油作乳化液，濃度0.5%(w/w)之乳化粒徑隨時間之變化

圖十一、本發明槲皮素型界面活性劑對蓖麻油作乳化液，濃度為0.5%(w/w)之界面電位圖

槲皮素型界面活性劑之製備

使用材料：

(1)槲皮素(Quercetin)

MF：C₁₅H₁₀O₇，Mw：302.23g/mol

結構：

(2)丙二醇(Propylene glycol,PG)(Propylene Glycol)

MF：C₃H₈O₂，Mw：76.10g/mol

結構：

(3)透明質酸(Hyaluronic Acid)

MF：(C₁₄H₂₁NO₁₁)n

(4)馬來酸酐(Maleic Anhydride；MA)

MF：C₄H₂O₃，Mw：98.06g/mol

結構：

(5)聚乙二醇(Polyethylene glycol,PEG)

結構：

聚氧乙基醚鏈段，分子量分別為：2000、4000、6000、8000、10000(g/mol)之聚乙二醇(PEG)。

(6)四異丙基鈦酸酯(Titanium Isopropoxide)

MF：[(CH₃₎₂CHO]₄Ti，Mw：284.26g/mol

(7)蓖麻油(Castor Oil)

MF：C₅₇H₁₀₄O₉，Mw：933.61g/mol

(8)螢光試劑

芘(Pyrene)

MF：C₁₆H₁₀，Mw：202.26g/mol

本發明之槲皮素型界面活性劑之製備方法

(1)透明質酸水解

40.0g透明質酸、360.0mL的去離子水和18.72g氫氧化鈉，同時置入鋼瓶內，利用電腦染色機(Laboratory Dyeing Machines Jumbo)，110℃恆溫12小時後，得到水解透明質酸。

(2)槲皮素型界面活性劑合成步驟

係包含(a)至(d)之合成步驟如下：(a)：將1mole槲皮素與丙二醇1mole置於配有鐵氟龍攪拌棒及溫控棒之四口反應瓶中，加入1.00g觸媒四異丙基鈦酸酯(Titanium Isopropoxide)緩緩升溫至120℃，反應4小時，而後冷卻至90℃，加入1.50g氫氧化鈉終止反應，升溫至120~140℃之間抽氣減壓去除多餘丙二醇和水並維持4小時，得產物A；(b)：將1mole聚乙二醇(Mw：2000、4000、6000、8000、10000)以及2mole的順丁烯二酸酐，置於反應瓶中升溫至60℃攪拌使順丁烯二酸酐與聚乙二醇均勻混合，加入1.00g觸媒四異丙基鈦酸酯(Titanium Isopropoxide)緩緩升溫至150℃，反應5小時，得產物B；(c)：將產物A和產物B置於反應瓶中升溫至120℃，並利用水流式抽氣減壓去除水分至外接H管並反應3小時，得產物C；(d)：1mole產物C和1mole透明質酸化合物，於80℃~90℃反應8小時，得一系列檞皮素型界面活性劑粗產物，此物再以乙醇作為溶劑利用抽氣過濾將未反應物去除，再萃取濾液上層，使用真空濃縮機去除溶劑得最終產物。

本發明之檞皮素型界面活性劑，實驗例中，以槲皮素、丙二醇、聚乙二醇(Mw：2000、4000、60000、8000、10000)、馬來酸酐與透明質酸為主 要原料，先將槲皮素與丙二醇經縮合反應改質槲皮素之水溶性，再將聚乙二醇變化不同(氧乙烯醚)EO鏈長與馬來酸酐合成出具醚基之兩性嵌段共聚合物，最後將兩階段反應產物合成再導入親水透明質酸以製備一系列槲皮素型界面活性劑，本發明合成之產物之代號與成分如表1所示。

本發明檞皮素型界面活性劑之結構鑑定分析

本發明所合成檞皮素型界面活性劑分子的構造由(FT-IR)來確認，紅外線光譜分析圖其主要是判定分子結構，因為所有的分子具有某些固定量的能量，造成鍵拉伸及彎曲，而原子擺動及摇動，而造成其他分子發生振動，而一個固定分子僅能在相當於特定能階之特定頻率彎曲或振動。當一分子用紅外光照射時，僅當光的頻率與鍵的振動頻率相同時，振動的鍵才會吸收能量。

圖一為本發明檞皮素型界面活性劑各產物之紅外線FT-IR光譜分析結果，表2為合成槲皮素型界面活性劑產物各種官能基所對應的特性吸收波峰，結果可以看出-OH與-NH非對稱伸縮振動在3708~3010cm^-1之位置，NH基的伸縮振動出現在此範圍內，它與OH基伸縮振動重疊，但峰形比較尖 銳，其吸收峰的數目與氮上氫原子之數目有關；-CH₂之非對稱伸縮振動在2912~2882cm^-1；C=O之伸縮振動在1770、1680cm^-1的位置；C=C苯環的骨架振動在1540cm^-1的位置；-CH₃不對稱彎曲振動之位置在2894~3066cm^-1；C-O之對稱伸縮振動吸收分別在1141cm^-1、1288cm^-1、1291cm^-1之位置；C-H之平面外彎曲振動吸收於978cm^-1、854cm^-1處。

本發明之槲皮素型界面活性劑，以重水(D₂O)作為溶劑之核磁共振光譜(NMR)測試分析結果列於表3，其中，δ=0.8~1.1ppm為CH₃；δ=3.3~4.2ppm為-CH₂；δ=3.7~4.5ppm為CH₂CH₂O；δ=4.8ppm為D₂O；δ=6.0~8.5ppm為CH₂=CH₂，比一般烯類的氫原子還要處於低磁場(Down Field)，這是因為苯的電子環產生誘導磁場(Induced Magnetic Field)，使的質子所需的感應磁場較弱。

本發明檞皮素型界面活性劑之表面張力

界面活性劑加入水溶液中會使表面張力降低，因界面活性劑本身結構中含親水基團與疏水基團，在溶液親水基的部份會留在水中，而疏水基的部份會吸附突出水面排列所導致。這樣的排列方式會降低表面上水分子之不對稱氫鍵力，使表面自由能減少，因而造成表面張力降低之現象。

假設常溫狀態下為25℃，其表面張力值大約為72.8mN/m，隨著界面活性劑濃度的增加，表面張力值隨之降低。當濃度增加量達到一定程度時，界面活性劑分子在溶液中開始以疏水基相互吸引聚集而形成微胞，當微胞開始形成時之濃度就稱之為臨界微胞濃度(Critical Micelle Concentration；CMC)。由圖二得知本發明之一系列檞皮素型界面活性劑在不同濃度下之表面張力圖，依序為QP2H<QP4H<QP8H<QP10H<QP6H，可探究並非所有的界面活性劑皆隨EO鏈增加表面張力因而上升，一系列產物隨著EO鏈之 減少降低其表面張力能力越強，表示界面活性劑其親水端與疏水端會因原料的改變結果而有所差異，並以其兩端達平衡者亦顯現出最好之界面性質。而當親水的EO鏈過長並到達親疏水端失去平衡時，QP6H、QP8H和QP10H產物則使產物結構在水中的親水性增加，以導致表面張力上升，其中又以QP6H之產物展現最高之表面張力數值，其因親水的EO鏈長以及親水基部分較QP8H和QP10H多。

當過表面濃度越大時表示界面活性劑分子於液面之排列吸附量已達飽和狀態，其過剩之界面活性劑分子將在溶液中產生更多微胞，而表4於槲皮素型界面活性劑過表面濃度大小則為(QP2H>QP8H>QP6H>QP4H>QP10H)。相對而言，過表面積(Acmc)越小時，每單位面積可吸附之界面活性劑分子越少便使溶液之界面排列緻密並無空間使分子作吸附，界面活性劑分子將折返溶液中形成微胞。

本發明之檞皮素型界面活性劑之接觸角

界面活性劑具有降低液體表面張力和自由能的能力，故具濕潤性。而液體對固體表面的濕潤性可藉由接觸角的大小判斷其濕潤效果之好壞。

本發明以不同測試板為濕潤對象，測試檞皮素型界面活性劑與測試板接觸角之關係，圖三為濃度1wt%QPH檞皮素型界面活性劑之接觸角，由圖三可以明顯得知，水的接觸角與所合成檞皮素型界面活性劑之接觸角度差異，接觸角度隨著EO鏈長的鏈增加而降低，而槲皮素型合成產物接觸角排列情形為(QP4H>QP6H>QP10H>QP8H>QP2H)。其中槲皮素型合成產物之接觸角度最小為QP4H，顯示為此系列潤濕效果最佳者，而本產物分子排列之模式將引力拉向內部，使液體表面自由能減少、表面張力與接觸角度下降，當EO鏈增加可與水分子形成氫鍵，EO鏈越長，形成的氫鍵數目越多，破壞這些氫鍵所需能量就越大，因而導致其特性反彈，迫使接觸角度的上升。

本發明之檞皮素型界面活性劑之起泡性

純水不起泡沫，必須存有兩種或兩種以上成分的液體方能起泡沫。泡沫(Foam)由氣泡聚集而成，氣泡間相互以固體膜或液體膜分隔。就界面活性劑方面來說，泡沫的生成的瞬間是以界面活性劑的疏水基朝向氣泡內部，而親水基朝向溶液相的吸著膜而形成具有彈性的液體薄膜。一般在液體中加入界面活性劑，這些物質可降低氣泡的表面張力，且在氣泡間形成彈性保護膜。

由圖四可知本發明所合成之檞皮素型界面活性劑起泡值大約在0.2~2.0cm之間，顯示具有較低的起泡性與泡沫穩定性，且較一般陰離子型或 非離子型界面活性劑為低。其主要原因是由於此一系列檞皮素型界面活性劑構造中的親水基與疏水基較無秩序的排列，而不容易整齊且緊密的排列於氣泡周圍，也就是不易在界面形成穩定的彈性薄膜，所以當氣泡產生時便很快破滅，故起泡性較低。由本發明之槲皮素型界面活性劑之起泡性圖四所示，顯示起泡高度：QP2H>QP4H>QP6H>QP8H>QP10H，隨著產物聚氧乙烯(EO)鏈長增加，起泡效果越差，其原因當氣泡產生時水膜層親水性較高以及帶有EO分子鏈於水中是呈現纏繞(Coiled)狀態，因此分子間產生較無緊密秩序排列於氣泡周圍，不易在界面形成穩定的彈性薄膜，所以當氣泡產生時便很快破滅，故起泡性較低。

本發明之槲皮素型界面活性劑之螢光性質

在微胞和微環境系統中，在研究方面物理化學技術的使用已為重要之課題。使用螢光試劑芘(Pyrene)確認分子凝聚的獨特親和力，探討環境影響之放射性質，亦可使用在描述微胞聚集的特性，主要分光儀器參數包括激發(Excitation)和放射(Emission)光譜形式、微細振動結構、量子率以及溶液中的極性。

圖五為本發明之槲皮素型界面活性劑之螢光光譜圖，顯示隨著EO鏈的增加其螢光強度之變化增強，螢光強弱大小結果為(QP4H>QP6H>QP10H>QP8H>QP2H)，可發現其中QP8H、QP10H產物相對螢光強度較低，可能於此濃度時，微胞形成較早使分子凝集速度快，間接影響螢光強度轉弱。圖六為本發明之濃度0.1wt%QPH槲皮素型界面活性劑之第一波峰與第三波峰螢光比值圖，透過此長條圖觀察到，產物隨著疏水基增加，螢光強度比值隨之降低，其中以QP4H比值較大，具高極性，顯現此產物水溶性較大。

本發明之槲皮素型界面活性劑之導電度

導電度(Conductivity)係表示水中解離性無機鹽類含量多寡之指標，大多數之無機酸、無機鹼和鹽類在水中解離可產生離子，可作水中金屬鹽分的濃度指標，包括陰離子(SO₄ ^2-、Cl^-、NO_3-、CO₃ ^2-、HCO₃ ^-)與陽離子(Ca²⁺、Mg²⁺、Na⁺、K⁺、Fe³⁺、Al³⁺等)。導電狀態的形成於微量電流下，陰離子趨向陽極，陽離子趨向陰極，溶液導電的強弱亦和溶液中陰陽離子濃度及陰陽電極間距有關，但是某些有機分子在水中不易解離，導致導電性差。

一般而言導電度值越大，表示水中電解質含量越多，電荷增加導致水硬度增大，易使界面活性劑分子不能均勻分散，因而產生凝聚的現象，軟水導電度值為0~200μs/cm，中性水則為200~400μs/cm，硬水多大於400μs/cm以上，臺灣河川地表水之自然背景其導電度值均不超過400μs/cm，但導電度在放流水標準中並無規定。導電度為判斷灌溉用水的水質優劣重要指標之一，在作物生長過程中，導電度所產生之滲透壓影響作物水份吸收的能力，過濃之金屬離子對作物呈毒性，對土壤亦產生鹽分積聚，土壤有鹽鹼化之虞。

圖七所示，本發明之槲皮素型界面活性劑之導電度圖，其導電度數值介於0~200μs/cm間，槲皮素型界面活性劑之導電度值大小依序為(QP2H>QP6H>QP8H>QP4H>QP10H)，本應隨著EO鏈長增加而增加其導電度值，但QP4H導電度有下降的趨勢，原因可能是產物親水基大於疏水基，於水中電荷反應較為強烈因而展現其數值有下降的趨勢，測試結果皆顯示，隨著助劑濃度的增加導電度皆有上升之趨勢，並且值位於軟水的範圍內，顯示若添加於特用化學品內無須透過螯合劑置前作業，可減少成本，不易 變質。

本發明之槲皮素型界面活性劑之乳化性質

(1)粒徑分析

乳化液之粒徑大約在0.1~10μm之間，而乳液粒徑過小時，粒子與粒子之間會產生碰撞，而造成凝集作用，發生此現象的原理及稱之為布朗運動(Brownian Movement)，另一方面，當乳化粒子過大時，則會產生沉降作用以致分層(Creaming)或者發生沉積(Sedimentation)的現象。

本發明使用蓖麻油之乳化粒徑分析，槲皮素型界面活性劑對蓖麻油作乳化液，濃度0.5%(w/w)第0小時之初始平均粒徑分佈圖圖八中可觀測到，QP2H之乳化液平均粒徑較小，經過5個小時後，從圖九可得知隨著時間的拉長，QP2H產物乳液仍出現單波峰之粒徑曲線平均粒徑較小，產物之乳化液表面吸附一層長鏈的高分子，產生柵離效應，造成空間位阻(Steric Effect)，以及親水基的透明質酸帶負電，粒子表面帶負電，周圍會吸引比較多的正電，形成電雙層，電雙層厚度越厚就越穩定越不容易凝聚。圖十為本槲皮素型界面活性劑對蓖麻油作乳化液，在濃度0.5%(w/w)之乳化粒徑隨時間變化分析，隨著時間的增長，前兩小時為熱力學不穩定狀態，使乳化液呈現不安定性，粒徑增大，相較之下QP2H乳液隨時間增長粒徑變化較小趨勢平緩，表示其乳化液較為穩定。

(2)界面電位

一般物質與水或其他溶媒接觸時，在表面會吸附離子而產生表面電荷的現象，而電荷來源分為兩種，(1)為界面活性劑屬離子型，本身會解離產生電荷，依其屬性不同所解離出之電荷也有所不同，(2)為界面活性劑屬非 離子型，是由乳狀液中粒子與分散介質相互摩擦而產生電荷，粒子與粒子之間將有靜電斥力存在，使粒子間相互不接觸與聚集，使乳狀液能安定存在，其乳化安定性可藉由界面電位(Zeta Potentials)進行分析，是指膠體粒子上累積的離子所引發的靜電壓，一個粒子可以藉由亨利公式(Henry's Equation)導出電泳的移動率，進而求出其界面電位的值，而膠體粒子由雙層電子構成，包含固定層和擴散層。

圖十一為槲皮素型界面活性劑對蓖麻油作乳化液之界面電位圖，濃度為0.5%(w/w)，其中乳液隨著至pH3~pH11的變化Zeta電位有下降的趨勢，當QP2H與QP10H乳液於偏鹼性環境下較為不穩定。

本發明所合成的槲皮素型界面活性劑其界面活性相較於市售產品雖然稍弱，但其對於環境的危害比市售產品較於友善，故可以將所合成的界面活性劑輔助一些市售的界面活性劑，以降低對環境的汙染。

本發明之特徵、內容與優點及其所達成之功效，將本發明以實施例之表達形式詳細說明如上，而於文中所使用之表列，其主旨僅為示意及輔助說明書之用，不應就所附之表列的比例侷限本發明於實際實施上的專利範圍，合先敘明。

Claims (10)

1. 一種槲皮素型界面活性劑，係具有通式(I)結構之界面活性劑， 式中，L為二醇化合物殘基，G為檞皮素残基，x為酸酐或二酸化合物中-CH ₂-段之重複數量，其值為1至20，其中，二醇化合物選自碳數2至20之二醇化合物，n表示聚氧乙基醚鏈段重複單位數，其值為10~5000，其中m表示透明質酸鏈段重複單位數，其值為10~10000。
2. 如申請專利範圍第1項之一種槲皮素型型界面活性劑，其中該聚氧乙基醚鏈段，由選自：聚乙二醇(PEG)、聚環氧乙烷(PEO)、聚氧乙烯(POE)所構成。
3. 如申請專利範圍第1項之一種檞皮素型界面活性劑，其中透明質酸來自微生物發酵法、化學合成、動物萃取法之任一種。
4. 一種如申請專利範圍第1項所述之檞皮素型界面活性劑之製備方法，係由檞皮素與二醇化合物反應之產物A，酸酐、或二酸化合物與選自：聚乙二醇、聚環氧乙烷、聚氧乙烯之聚氧乙烯醚反應之產物B，再將產物A與產物B縮合反應得到產物C，產物C再與透明質酸化合物反應而所得產物。
5. 如申請專利範圍第4項之檞皮素型界面活性劑之製備方法，係包含(a) 至(d)之合成步驟如下：(a)將檞皮素與二醇化合物反應，加入觸媒緩緩升溫至80~200℃，反應1~8小時，而後冷卻至50~110℃，加入鹼終止反應，升溫至120~200℃之間抽氣減壓去除多餘二醇和水並維持2~6小時，得產物A；(b)將選自：聚乙二醇、聚環氧乙烷、聚氧乙烯之聚氧乙烯醚以及酸酐化合物酯化反應，置於瓶中升溫至30~80℃攪拌使酸酐化合物與聚氧乙烯醚均勻混合後，加入觸媒緩緩升溫至110~200℃，反應2~8小時，得產物B；(c)將產物A和產物B，置於反應瓶中升溫至80~200℃，並利用水流式抽氣減壓去除水分，得產物C；(d)產物C和透明質酸化合物，於60℃~100℃反應3~10小時，得檞皮素型界面活性劑粗產物，此物再以乙醇作為溶劑利用抽氣過濾將未反應物去除，再萃取濾液上層，使用真空濃縮機去除溶劑得最終產物。
6. 如申請專利範圍第4項之檞皮素型界面活性劑之製備方法，其合成之觸媒選自：四異丙醇鈦(IV)、硫酸、鹽酸任一或其組成之群者。
7. 一種分散劑材料，其包含如申請專利範圍第1至3項中任一項之檞皮素型界面活性劑為分散材料者。
8. 如申請專利範圍第7項之分散劑材料，其係用於作為纖維染整助劑、無機奈米粉體分散劑領域中。
9. 一種乳化劑材料，其包含如申請專利範圍第1至3項中任一項之檞素型界面活性劑為乳化材料者，用於作為化妝品、醫藥品、食品、工業製品之乳化領域中。
10. 一種固色劑，其包含如申請專利範圍第1至3項中任一項之檞皮素型界面活性劑為固色材料者。