Understanding and Modeling the Effect of Surfactants in Enhanced Particle Removal from Surfaces in Aqueous Media

The removal of particulate contamination is a critical issue for many manufacturing processes. It is particularly critical to the electronics industry in which small pieces of microscopic debris remaining after chemical mechanical planarization (cmp) using submicron polishing particles can cause device failure. One way to enhance particle removal following the cmp process is to utilize surfactants. Recent research has shown ways to model the effect of surfactants on enhanced particle removal. However, previous research has not demonstrated the effect of ionic strength on enhanced particle removal associated with surfactant use. Past research has also not shown the combined effects of ionic strength and surfactant concentration on enhanced particle removal using surfactants. This article summarizes the parameters affecting particle removal, and it provides data and analysis on the effect of ionic strength as well as the combined effects of ionic strength and surfactant concentration on particle removal following cmp processing.     

碘光谱法测定非离子表面活性剂的临界胶束浓度

考察了碘光谱法测定非离子表面活性剂在水溶液中的临界胶束浓度（ｃｍｃ）的影响因素。欲得正确结果，须将碘－胶束溶液（不同浓度）放置，待碘的分配达到平衡（例如２４ｈ）后再进行测定，这样测得ＴｒｉｔｏｎＸ－１００、ＴｒｉｔｏｎＸ－３０５和单分散的纯化合物Ｃ１２Ｈ２５Ｏ（Ｃ２Ｈ４Ｏ）６Ｈ的ｃｍｃ分别为２．４×１０－４、３．５×１０－４和８．４×１０－５ｍｏｌ·ｄｍ－３，与文献中用表面张力法测得的结果一致。若按Ｒｏｓｓ和Ｏｌｉｖｅｒ将预先配好的溶液稀释后１小时内测定的方法，则所得结果偏低。只要测定时碘－胶束溶液已达平衡，则碘浓度在４～１２ｍｇ／１００ｍｌ范围内对ｃｍｃ的测定结果无明显的影响。文献中提到的碘浓度对ｃｍｃ测定值的影响可能是由于碘的分配未达平衡所致。     

N-烷基苯并三氮唑阳离子表面活性剂的合成及性能

以苯并三氮唑、不同链长的卤代烷烃、硫酸二甲酯为原料合成了几种N-烷基苯并三氮唑阳离子表面活性剂,通过IR1、HNMR对中间产物进行结构表征,并对最终产物进行定性分析。测定了所得产物的表面活性和发泡性能,结果表明,合成的N-丁基、辛基、十二烷基、十六烷基苯并三氮唑阳离子表面活性剂最低表面张力分别为:51.0 mN/m、36.5 mN/m、33.4 mN/m、35.4 mN/m;临界胶束浓度分别为:9.0×10-2mol/L、4.8×10-2mol/L、3.0×10-3mol/L、9.7×10-3mol/L。N-丁基、辛基、十二烷基苯并三氮唑阳离子表面活性剂最低表面张力随烷基链增长而降低,但N-十六烷基苯并三氮唑阳离子表面活性剂的最低表面张力却高于N-十二烷基苯并三氮唑阳离子表面活性剂的最低表面张力。合成的表面活性剂中,N-十二烷基苯并三氮唑阳离子表面活性剂的发泡性能最佳,而所有的泡沫稳定性均较差。     

单烷基磷酸酯的应用性能研究

单烷基磷酸酯是一类重要的表面活性剂原料,广泛应用于日化、纺织、采矿等工业领域,但缺乏针对单烷基磷酸酯应用性能的系统研究。本文以提纯前后单烷基磷酸酯作为原料,研究了产品的乳化性、润湿性和起泡性,并测出了不同浓度的纯品单烷基磷酸酯溶液在室温下的表面张力,进一步求出了单烷基磷酸酯的cmc。实验结果表明:单烷基磷酸酯具有良好的乳化性和润湿性,提纯后单烷基磷酸酯乳化性、润湿性和起泡性均较未提纯粗品有明显提高,适合添加到对杂质含量要求苛刻的产品中。本文研究内容国内未见相关研究报告。     

乳化降粘剂SB-2乳化稠油机理研究

实验研究了用表面活性剂SB 2乳化稠油降低粘度的几个机理性问题。SB 2是胜利油田开发的稠油乳化降粘剂 ,为脂肪酸改性的具有多官能团的钠盐型阴离子表面活性剂。根据用duNo櫣ｙ法测定的表面张力曲线 ,SB 2在蒸馏水中的临界胶束浓度为 0 .16 g/L ,在模拟地层水 (TSD =15 .8g/L ,含Ca2 0 .6 g/L ,含镁 0 .2g/L)中的为0 .0 2 4 g/L。产自胜利油田不同区块 7口井、5 0℃粘度为 3.0× 10 3 ～ 3.3× 10 5mPa·s的稠油 ,与浓度 3～ 8g/L的SB 2地层水溶液在油水体积比 7∶3及一定温度 (5 0～ 70℃ ,视井温而定 )时形成粘度 <30 0mPa·s的O/W乳状液 ,稠油粘度较高时所需的SB 2浓度较高。用ESI MS方法测定了在 5 0℃形成的O/W稠油乳状液水相和油相中SB 2浓度 ,得到下述结果 :在相同稠油和油水比条件下 ,SB 2初始浓度较高时 ,乳状液水相和油相中SB 2浓度也较高 ,粘度不同的 2种稠油与同一浓度SB 2地层水溶液形成的乳状液 ,油水比越大 ,油相中SB 2浓度越小 ,水相中SB 2浓度则相同 ,油水比也相同时SB 2在油相中的浓度也相同。用微量热法测定了一种稠油与SB 2地层水溶液乳化时的热效应 ,乳化过程为放热过程 ,乳化热随水相SB 2浓度、油水比和乳化温度增高而增大。图 6表 1参 6。     

以聚氧乙烯醚为连接基的烷基苯磺酸钠Gemini表面活性剂的合成和表面活性

 以脂肪酸、苯酚、聚乙二醇为原料,经酰化反应、酯化反应、Fries重排、氢化还原反应、磺化以及中和反应等步骤,合成出一系列含有不同长度聚氧乙烯醚中间连接基团（-(CH2CH2O)x-, x =1, 2, 3, 4, 8）的长链烷基苯磺酸钠Gemini表面活性剂。采用FT-IR、1H NMR 和电喷雾质谱(ESI-MS)对产物进行了结构鉴定。以Wilhelmy-plate法测定了该系列表面活性剂纯水溶液在30℃时的表面张力。结果表明,纯水溶液中表面活性剂的临界胶束浓度 (CMC) 数量级达到10-4 mol/L,临界胶束浓度下的表面张力 ( cmc) 在30~40 mN/m范围;随着中间连接基团长度(x = 1, 2, 3, 4, 8) 的增加,CMC先降低后升高,依次为5.94×10-4、1.88×10-4、1.16×10-4、1.12×10-4、5.18×10-4 mol/L;同时 cmc逐渐降低,分别为36.88、39.17、38.93、37.85、32.02 mN/m。此类表面活性剂具有比较好的表面活性。     

非离子型氟碳表面活性剂的合成与表面性能

以六氟环氧丙烷和壬基酚聚氧乙烯醚40为原料,使用齐聚法合成一种新型非离子型氟碳表面活性剂C9H19C6H4O(CH2CH2O)40C9F17O3,运用傅里叶变换红外光谱仪(FT-IR)和核磁共振波谱仪(NMR)对其结构进行表征,并对其表面性能进行测试和计算。结果表明,该表面活性剂能将水的表面张力最低降至21.2 mN/m,其临界胶束浓度cm c为8.32×10-6mol/L,γcm c为26.5 mN/m。     

Reverse micellar extraction of bovine serum albumin – A comparison between the effects of gemini surfactant and its corresponding monomeric surfactant

Gemini surfactant displayed distinct advantages over monomeric surfactant in the liquid–liquid reverse micellar extraction process. First, less amount of gemini surfactant than monomeric surfactant was needed for transferring almost complete bovine serum albumin (BSA) into organic phase from aqueous phase. Second, the loading capacity of gemini surfactant reverse micelle phase was much higher than that of the corresponding monomeric surfactant reverse micelle. Third, efficient backward extraction (75–92%) of BSA could be effected in a wide pH range from 4 to 9 with gemini surfactant reverse micelle while a pH of ca. 4.3 is prerequisite to the recovery of BSA from monomeric surfactant reverse micelle. So far, the reports about the effect of surfactant structure on protein extraction have been limited. This study indicates the important role of the spacer of gemini surfactant in protein extraction process and may provide more knowledge on how to optimise surfactant structure.     

一种酯型双子表面活性剂的合成及其协同效应

通过酯化、溴代和季铵化反应,合成了以乙氧基为联接基的酯型双子(Gemini)阳离子表面活性剂N,N′-双(二甲基十二酸乙酯基)乙醚溴化铵([C11H23COOCH2CH2N (CH3)2CH2CH2OCH2CH2N (CH3)2CH2CH2OOCC11H23].2Br-,Ⅱ-12-EO2)。以表面张力法和稳态荧光法考察了Ⅱ-12-EO2与十二烷基硫酸钠(SDS)复配体系在40℃时0.1 mol.L-1溴化钠水溶液中的表面化学性质和胶束化行为。得到Ⅱ-12-EO2的临界胶束浓度(cmc)为1.25×10-4mol.L-1,最低表面张力(γcmc)为28.4 mN.m-1。采用稳态荧光法以芘(Py)为荧光探针,Ⅱ-12-EO2的胶束栅栏层的微极性,较一般表面活性剂大,达到1.4,与SDS的复配体系在1.2左右;以十二烷基溴化吡啶为猝灭剂,测定体系的胶束聚集数为15。运用非理想混合表面活性剂分子相互作用理论计算出Ⅱ-12-EO2与SDS复配体系的相互作用参数(β),复配体系具有降低表面张力效率、形成胶束能力和降低表面张力能力方面的协同效应。     

阴离子混合表面活性剂体系的胶束性质

为了研究化学驱中表面活性剂复配体系的混合胶束性质,为表面活性剂复配体系的色谱分离预测提供必要的参数,测定了十二烷基苯磺酸钠(SDBS)和十二酸钠(SLA)以及SDBS和十四烷基苯磺酸钠(STBS)两种混合体系的表面张力,考察了电解质浓度、种类对混合体系临界胶束浓度和相互作用参数的影响。实验结果表明,在无机电解质浓度远大于表面活性剂浓度时,烷基链长不同的磺酸盐的混合胶束形成性质可用Clint模型描述,而磺酸盐和羧酸盐的混合表面活性剂临界胶束浓度(cmc)可用规则溶液理论(RST)来描述。对于SDBS／STBS混合体系,添加不同价态的阴离子对混合cmc的影响不同。在相同电解质浓度下,碱性和弱碱性条件使SDBS／SLA混合体系的cmc变化不大,但与中性相比下降很大;在碱性条件下,其值随组成的变化不大;在中性条件下,cmc的变化与碱性条件相比要大一些;在各种电解质浓度下,用规则溶液理论计算出的SDBS／SLA体系的相互作用参数皆为负值,表明混合胶束两表面活性剂分子之间的作用是相互吸引的。在相同表面张力下,混合表面活性剂的浓度比单一表面活性剂浓度低,因此,SDBS与SLA混合表面活性剂在降低表面张力效率方面能够产生明显的协同效应。图5表2参11