8-羥基喹啉（8-HQ）是一種含氮雜環(huán)芳香族化合物，兼具疏水性芳環(huán)結(jié)構(gòu)與親水性羥基、氮原子，其分子結(jié)構(gòu)的兩親性賦予了獨(dú)特的表面活性與潤濕性能，這類特性不僅影響其在溶液中的分散、吸附行為，更決定了其在水處理、金屬防腐、醫(yī)藥制劑等領(lǐng)域的應(yīng)用效果。以下從表面張力與潤濕性的基本特性、作用機(jī)制及關(guān)鍵影響因素展開系統(tǒng)闡述。

一、表面張力特性與作用機(jī)制

1. 溶液表面張力的變化規(guī)律

8-羥基喹啉在水相或有機(jī)溶劑中均具有一定的表面活性，可降低溶劑的表面張力，且表面張力降幅與濃度呈顯著相關(guān)性，遵循表面活性劑的濃度-表面張力關(guān)系特征：

稀濃度區(qū)間：當(dāng)8-羥基喹啉的濃度低于臨界膠束濃度（CMC）時(shí)，分子優(yōu)先吸附于溶液-空氣界面，其疏水性的喹啉環(huán)朝向空氣相，親水性的羥基與氮原子朝向水相，通過定向排列減少界面分子間的作用力，使溶液表面張力隨濃度升高而快速下降。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示，25℃下純水的表面張力約為72.8mN/m，當(dāng)8-羥基喹啉的濃度達(dá)到0.05mol/L時(shí)，水溶液表面張力可降至55~60mN/m。

臨界膠束濃度（CMC）區(qū)間：當(dāng)濃度升高至CMC時(shí)，溶液表面張力降至極低值（約50~52mN/m），此時(shí)界面吸附達(dá)到飽和，多余的8-羥基喹啉分子在溶液內(nèi)部形成膠束，膠束結(jié)構(gòu)同樣為疏水性基團(tuán)向內(nèi)、親水性基團(tuán)向外，表面張力不再隨濃度升高而變化。8-羥基喹啉的CMC受溶劑性質(zhì)影響顯著，在極性有機(jī)溶劑（如乙醇、丙酮）中，CMC值高于水相，表面張力降幅相對較小。

濃濃度區(qū)間：濃度超過CMC后，表面張力維持穩(wěn)定，膠束數(shù)量隨濃度增加而增多，這一特性使其具備作為弱表面活性劑的應(yīng)用潛力，可用于調(diào)節(jié)溶液的分散性與潤濕性。

2. 表面活性的分子機(jī)制

8-羥基喹啉的表面活性源于分子結(jié)構(gòu)的兩親性協(xié)同效應(yīng)：

喹啉環(huán)為平面共軛芳香結(jié)構(gòu)，具有強(qiáng)疏水性，可通過范德華力與疏水作用聚集于界面；

環(huán)上的羥基（-OH）與氮原子含有孤對電子，可與水分子形成氫鍵，賦予分子親水性，確保其在水相中的分散性；

分子在界面的定向排列形成了一層致密的吸附膜，該膜可阻礙溶劑分子的界面遷移，從而降低表面張力，且吸附膜的穩(wěn)定性與分子間的氫鍵作用、π-π堆積作用密切相關(guān)。

二、潤濕性特性與作用機(jī)制

潤濕性是指液體在固體表面的鋪展能力，通常以接觸角作為評價(jià)指標(biāo)（接觸角＜90° 為潤濕，＞90° 為不潤濕）。8-羥基喹啉可通過吸附于固體表面或調(diào)節(jié)溶液表面張力，改變固-液界面的相互作用，進(jìn)而影響潤濕性，其作用機(jī)制分為兩種類型：

1. 對親水固體表面的潤濕性調(diào)控

對于玻璃、金屬氧化物等親水固體表面，8-羥基喹啉分子可通過化學(xué)吸附或物理吸附作用于固 - 液界面：

分子中的羥基與氮原子可與固體表面的羥基（如玻璃表面的-Si-OH）或金屬離子（如Fe³⁺、Cu²⁺）形成氫鍵或配位鍵，使疏水性的喹啉環(huán)朝向溶液相，在固體表面形成一層疏水吸附膜；

該吸附膜會增大固-液界面張力，導(dǎo)致溶液在固體表面的接觸角增大，潤濕性下降，例如，純水在潔凈玻璃表面的接觸角接近0°（完全潤濕），而0.1mol/L的8-羥基喹啉水溶液接觸角可升至30°~40°，這種特性使其可用于金屬表面的疏水防護(hù)，減少水分對金屬的腐蝕。

2. 對疏水固體表面的潤濕性調(diào)控

對于石蠟、聚四氟乙烯等疏水固體表面，8-羥基喹啉的作用機(jī)制相反：

分子的親水性基團(tuán)朝向固體表面，疏水性基團(tuán)朝向溶液相，通過降低固-液界面張力，促進(jìn)溶液在固體表面的鋪展；

同時(shí)，8-羥基喹啉降低溶液表面張力的作用可減少液體的表面收縮力，進(jìn)一步提升鋪展能力，使接觸角減小，潤濕性增強(qiáng)，例如，8-羥基喹啉乙醇溶液在石蠟表面的接觸角比純乙醇低15°~20°，表現(xiàn)出更好的潤濕效果。

三、影響8-羥基喹啉表面張力與潤濕性的關(guān)鍵因素

8-羥基喹啉的表面活性與潤濕性并非固定不變，受分子結(jié)構(gòu)修飾、溶液環(huán)境、固體表面性質(zhì)等多種因素調(diào)控，具體如下：

1. 分子結(jié)構(gòu)修飾

通過化學(xué)改性引入不同官能團(tuán)，可顯著改變8-羥基喹啉的表面活性與潤濕性：

引入親水基團(tuán)：在喹啉環(huán)上引入羧基（-COOH）、磺酸基（-SO₃H）等強(qiáng)親水基團(tuán)，可增強(qiáng)分子親水性，降低CMC值，提升表面張力降幅，同時(shí)增強(qiáng)對疏水固體的潤濕性；

引入疏水基團(tuán)：引入烷基、芳基等疏水基團(tuán)，可增強(qiáng)分子的疏水性，提高界面吸附能力，使表面張力低值進(jìn)一步降低，但會降低其在水相中的溶解度；

金屬離子配位：8-羥基喹啉可與Cu²⁺、Zn²⁺、Al³⁺等金屬離子形成穩(wěn)定的螯合物，螯合物的表面活性遠(yuǎn)高于游離分子，例如8-HQ-Cu²⁺螯合物水溶液的表面張力低可降至45mN/m，且螯合物在固體表面的吸附膜更致密，潤濕性調(diào)控效果更顯著。

2. 溶液環(huán)境因素

（1）溶劑性質(zhì)

溶劑的極性直接影響8-羥基喹啉的溶解度與表面活性：

在強(qiáng)極性溶劑（如水、甲醇）中，8-羥基喹啉的溶解度較高，分子分散性好，表面張力降幅大；

在弱極性或非極性溶劑（如苯、正己烷）中，它的溶解度低，分子易聚集，表面張力降幅較??；

混合溶劑體系（如水-乙醇混合液）可調(diào)節(jié)8-羥基喹啉的溶解與吸附行為，當(dāng)乙醇體積分?jǐn)?shù)為30%~50%時(shí)，它的CMC值降至低，表面活性極優(yōu)。

（2）溶液pH值

8-羥基喹啉的解離狀態(tài)受pH調(diào)控，進(jìn)而影響其表面活性與潤濕性：

酸性條件（pH＜5）：8-羥基喹啉分子中的氮原子質(zhì)子化（形成-NH⁺），親水性增強(qiáng)，分子更易分散于水相，界面吸附量減少，表面張力降幅略低；但質(zhì)子化后的分子與帶負(fù)電的固體表面（如金屬氧化物）靜電作用增強(qiáng)，吸附膜更穩(wěn)定，對潤濕性的調(diào)控效果更顯著。

中性至弱堿性條件（pH 6~9）：8-羥基喹啉以分子態(tài)存在，兩親性平衡極佳，界面吸附能力很強(qiáng)，表面張力降幅極大，是發(fā)揮表面活性的適宜pH區(qū)間。

強(qiáng)堿性條件（pH＞10）：8-羥基喹啉的羥基發(fā)生解離（形成-O⁻），親水性顯著增強(qiáng)，分子更傾向于分散在水相而非界面，表面張力回升，表面活性下降。

（3）溫度與電解質(zhì)濃度

溫度：升高溫度可增強(qiáng)分子熱運(yùn)動(dòng)，降低界面吸附量，使表面張力升高，CMC值增大；同時(shí)溫度升高會加快分子在固體表面的吸附-解吸速率，削弱潤濕性調(diào)控效果。25~30℃是8-羥基喹啉發(fā)揮表面活性的適宜溫度范圍。

電解質(zhì)濃度：在水溶液中添加NaCl、KCl等電解質(zhì)，可通過“鹽析效應(yīng)”壓縮分子的雙電層，促進(jìn)8-羥基喹啉分子向界面吸附，降低CMC值，增強(qiáng)表面張力降幅；但高濃度電解質(zhì)會降低分子溶解度，導(dǎo)致表面活性下降。

3. 固體表面性質(zhì)

固體表面的化學(xué)組成、粗糙度、電荷性質(zhì)決定了8-羥基喹啉的吸附行為，進(jìn)而影響潤濕性：

化學(xué)組成：表面含羥基、羧基等親水性基團(tuán)的固體，易與其形成氫鍵，吸附作用強(qiáng)，潤濕性調(diào)控效果顯著；表面含疏水基團(tuán)的固體，與它的疏水作用強(qiáng)，吸附膜更穩(wěn)定。

表面粗糙度：粗糙表面的比表面積更大，可吸附更多8-羥基喹啉分子，形成更厚的吸附膜，潤濕性變化更明顯，例如，粗糙金屬表面經(jīng)它處理后，接觸角增幅比光滑表面高10°~15°。

表面電荷：帶正電的固體表面（如陽離子交換樹脂）可與8-羥基喹啉的負(fù)電性基團(tuán)（羥基、氮原子）發(fā)生靜電吸附，吸附膜定向排列更有序；帶負(fù)電的固體表面則通過疏水作用吸附它的喹啉環(huán)，潤濕性調(diào)控方向相反。

四、應(yīng)用場景與研究意義

8-羥基喹啉的表面張力與潤濕性調(diào)控特性，使其在多個(gè)領(lǐng)域具有重要應(yīng)用價(jià)值：

金屬防腐：通過在金屬表面形成疏水吸附膜，降低水分的潤濕與滲透，抑制金屬腐蝕，尤其適用于銅、鐵等金屬的防銹處理；

水處理：利用其表面活性，可增強(qiáng)對水體中重金屬離子的螯合吸附效率，提升水處理劑的性能；

醫(yī)藥制劑：調(diào)節(jié)藥物制劑的表面張力與潤濕性，提升藥物在生物膜表面的吸附與滲透能力，增強(qiáng)藥效。

本文來源于黃驊市信諾立興精細(xì)化工股份有限公司官網(wǎng) http://www.gempho.com/