富馬酸單甲酯（Monomethyl Fumarate，MMF）是一種含羧基、酯基和不飽和雙鍵的極性有機化合物，其表面張力與潤濕性是決定其在食品防腐、醫(yī)藥制劑、高分子合成、涂料助劑等領(lǐng)域應(yīng)用性能的關(guān)鍵界面化學(xué)指標(biāo)。二者本質(zhì)上由分子結(jié)構(gòu)中的極性基團與疏水基團的協(xié)同作用決定，同時受溫度、濃度、溶劑體系、基材性質(zhì)等因素調(diào)控，直接影響其在界面的鋪展、吸附與滲透行為。

一、富馬酸單甲酯的表面張力特性及影響因素

表面張力是指液體表面分子因受力不均衡而產(chǎn)生的收縮趨勢，富馬酸單甲酯的表面張力特性需區(qū)分純品熔融態(tài)與溶液態(tài)兩個維度，其核心差異源于分子聚集狀態(tài)與分子間作用力的不同。

1. 純品熔融態(tài)的表面張力

富馬酸單甲酯的熔點為102~104℃，當(dāng)溫度高于熔點時，轉(zhuǎn)變?yōu)橥该魅廴谝后w。其分子結(jié)構(gòu)中的羧基（-COOH）和酯基（-COOCH₃）為強極性基團，分子間可形成氫鍵與偶極-偶極相互作用；而碳碳雙鍵與烷基鏈為疏水基團，削弱分子間的極性作用。這種“極性-疏水”結(jié)構(gòu)的平衡，決定了熔融態(tài)富馬酸單甲酯的表面張力基準值。

通過吊環(huán)法或懸滴法測定，110℃熔融態(tài)富馬酸單甲酯的表面張力約為32~35mN/m，屬于中等表面張力液體（低于水的72mN/m，高于正己烷的18.4mN/m）。該數(shù)值隨溫度升高呈線性下降，遵循表面張力的溫度效應(yīng)規(guī)律：溫度每升高10℃，表面張力降低約1.5~2.0mN/m。原因是溫度升高會增強分子動能，削弱分子間的氫鍵與偶極作用，降低液體表面的收縮趨勢，例如，當(dāng)溫度升至140℃時，其表面張力可降至27~29mN/m，流動性顯著提升。

2. 溶液態(tài)的表面張力及濃度效應(yīng)

富馬酸單甲酯在極性溶劑（乙醇、丙酮）中溶解度較高，在水中溶解度較低（25℃時約為0.6g/100mL），其溶液的表面張力表現(xiàn)出顯著的濃度依賴性，且隨溶劑極性不同呈現(xiàn)差異化規(guī)律。

（1）極性有機溶劑體系

在乙醇、丙酮等極性溶劑中，富馬酸單甲酯的極性基團與溶劑分子形成氫鍵，分子均勻分散，不會在溶液表面定向吸附，因此溶液表面張力隨濃度升高呈緩慢線性下降，且始終高于純?nèi)軇┑谋砻鎻埩Α?/span>

以乙醇溶液為例，25℃時純乙醇的表面張力為22.3mN/m，當(dāng)富馬酸單甲酯濃度為5%時，溶液表面張力升至25~26mN/m；濃度升至15%時，表面張力進一步升至29~30mN/m。這是由于富馬酸單甲酯的分子極性強于乙醇，其溶解會增強溶液分子間的相互作用，從而提升表面張力。

（2）水-有機溶劑混合體系

當(dāng)向水溶液中加入少量乙醇或丙酮作為助溶劑時，富馬酸單甲酯的溶解度提升，此時溶液表面張力隨濃度變化呈現(xiàn)先降后升的特殊規(guī)律。

低濃度區(qū)間（＜1%）：富馬酸單甲酯的極性羧基朝向水相，疏水的烷基鏈與雙鍵朝向空氣相，在溶液表面定向吸附，取代部分水分子，降低表面分子間的作用力，因此表面張力隨濃度升高而降低；

高濃度區(qū)間（＞1%）：溶液表面吸附達到飽和，多余的富馬酸單甲酯分子進入水相形成聚集體，分子間的氫鍵作用增強，導(dǎo)致溶液表面張力隨濃度升高而回升。

（3）水溶液體系

純水溶液中，富馬酸單甲酯溶解度低，分子易形成微小懸浮顆粒，其表面張力略高于純水（25℃時約為73~75mN/m），且濃度變化對表面張力的影響較小，原因是未溶解的顆粒難以在溶液表面形成有效吸附。

3. 其他影響因素

pH值：僅對水溶液體系有顯著影響。富馬酸單甲酯的羧基 pKa≈3.0，當(dāng) pH＞3時，羧基解離為羧酸根離子（-COO⁻），分子極性增強，與水分子的作用更緊密，溶液表面張力升高；當(dāng) pH＜3時，羧基以分子態(tài)存在，表面吸附作用增強，表面張力略低。

添加劑：向溶液中加入表面活性劑（如吐溫80、十二烷基硫酸鈉）時，表面活性劑會優(yōu)先在溶液表面吸附，大幅降低表面張力，同時促進富馬酸單甲酯的分散，削弱其濃度對表面張力的影響。

二、富馬酸單甲酯的潤濕性及評價指標(biāo)

潤濕性是指液體在固體表面鋪展的能力，本質(zhì)是液體 - 固體、液體 - 氣體、固體 - 氣體三相界面張力的平衡，常用接觸角作為定量評價指標(biāo)：接觸角＜90°時為潤濕，接觸角越小潤濕性越好；接觸角＞90° 時為不潤濕；接觸角 = 0°時為完全潤濕。

富馬酸單甲酯的潤濕性需結(jié)合液體形態(tài)（熔融態(tài)/溶液態(tài)）與基材性質(zhì)（極性/非極性）進行分析，二者的極性匹配度是決定潤濕性的核心因素。

1. 熔融態(tài)富馬酸單甲酯對不同基材的潤濕性

熔融態(tài)富馬酸單甲酯為中等極性液體，其潤濕性與基材極性呈正相關(guān)：

極性基材（玻璃、不銹鋼、纖維素）：基材表面含有羥基、羧基等極性基團，可與熔融態(tài)富馬酸單甲酯的羧基形成氫鍵，三相界面張力平衡向鋪展方向傾斜，接觸角約為 30~45°，表現(xiàn)為良好潤濕性。這一特性使其在高分子涂層加工中，可與極性基材緊密結(jié)合，提升涂層附著力。

非極性基材（聚乙烯、聚丙烯、石蠟）：基材表面無極性基團，與富馬酸單甲酯的分子間作用力為弱范德華力，液體在表面的收縮趨勢強于鋪展趨勢，接觸角約為 100~115°，表現(xiàn)為不潤濕。若需改善潤濕性，可通過基材表面改性（如等離子體處理引入極性基團）或添加相容劑實現(xiàn)。

2. 溶液態(tài)富馬酸單甲酯的潤濕性及調(diào)控策略

溶液態(tài)富馬酸單甲酯的潤濕性由溶劑極性、溶液濃度共同決定，針對不同基材可通過調(diào)控配方實現(xiàn)潤濕性優(yōu)化。

（1）對極性基材的潤濕性

在乙醇、丙酮等極性溶劑中，溶液的極性與基材匹配度高，潤濕性良好，接觸角通常＜40°。濃度升高會增強溶液極性，進一步降低接觸角（提升潤濕性），例如，10%乙醇溶液在玻璃表面的接觸角約為 25°，顯著低于純乙醇的 38°。

在水-乙醇混合溶劑中，低濃度區(qū)間（＜1%）的溶液因表面吸附作用，潤濕性優(yōu)于高濃度區(qū)間；當(dāng)濃度＞1% 時，溶液聚集體增多，極性增強，潤濕性再次提升，呈現(xiàn) “U型” 接觸角變化規(guī)律。

（2）對非極性基材的潤濕性

純極性溶劑溶液在非極性基材表面的接觸角＞90°，潤濕性差。此時可通過添加非離子表面活性劑調(diào)控潤濕性：表面活性劑的疏水基團與非極性基材結(jié)合，極性基團與富馬酸單甲酯溶液結(jié)合，降低固 - 液界面張力，使接觸角降至 60~70°，實現(xiàn)有效潤濕。

3. 潤濕性的評價方法與應(yīng)用關(guān)聯(lián)

接觸角測定：采用接觸角測量儀，將液滴滴落至平整基材表面，拍攝液滴形態(tài)并計算接觸角，每個樣品至少測定5個不同位置，取平均值以降低誤差。

鋪展系數(shù)計算：鋪展系數(shù) S=γSG−(γSL+γLG)（γSG為固 - 氣表面張力，γSL為固 - 液表面張力，γLG為液-氣表面張力），＞時液體可在基材表面自發(fā)鋪展，S值越大潤濕性越好。

在實際應(yīng)用中，潤濕性直接決定產(chǎn)品性能：

食品防腐領(lǐng)域：富馬酸單甲酯溶液需在食品表面形成均勻薄膜，良好的潤濕性可確保防腐成分全面覆蓋，提升抑菌效果；

醫(yī)藥制劑領(lǐng)域：外用凝膠制劑需在皮膚表面良好潤濕，才能促進藥物滲透吸收；口服混懸液需在胃腸道黏膜表面潤濕，提升生物利用率；

高分子合成領(lǐng)域：熔融態(tài)富馬酸單甲酯作為共聚單體，需與基材樹脂良好潤濕，才能保證聚合反應(yīng)均勻進行，避免產(chǎn)物出現(xiàn)相分離。

三、表面張力與潤濕性的協(xié)同調(diào)控及應(yīng)用案例

1. 食品防腐劑的配方優(yōu)化

為提升富馬酸單甲酯在糕點表面的防腐效果，需制備潤濕性良好的噴涂溶液。采用乙醇：水=7:3的混合溶劑，將富馬酸單甲酯濃度控制在0.8%（表面吸附飽和濃度），此時溶液表面張力約為45mN/m，在糕點（纖維素基材）表面的接觸角約為 20°，可自發(fā)鋪展形成均勻薄膜，抑菌效率比高濃度溶液提升 30% 以上。

2. 高分子涂層的附著力提升

將熔融態(tài)富馬酸單甲酯與聚酯樹脂共混制備涂層，控制熔融溫度為130℃（表面張力降至28mN/m），此時涂層在不銹鋼基材表面的接觸角約為 35°，潤濕性良好；冷卻固化后，涂層與基材的附著力等級達到1級（至高等級），顯著優(yōu)于常溫涂覆的樣品。

富馬酸單甲酯的表面張力與潤濕性由其 “極性 - 疏水” 的分子結(jié)構(gòu)決定，熔融態(tài)為中等表面張力液體，溶液態(tài)表面張力隨濃度、溶劑極性呈現(xiàn)差異化變化規(guī)律；潤濕性則與基材極性高度相關(guān)，極性匹配度越高潤濕性越好。通過調(diào)控溫度、濃度、溶劑體系及添加助劑，可實現(xiàn)表面張力與潤濕性的精準協(xié)同，滿足不同應(yīng)用場景的性能需求。未來，針對特定領(lǐng)域的界面行為定制（如靶向給藥制劑的黏膜潤濕性優(yōu)化），將成為富馬酸單甲酯應(yīng)用拓展的重要方向。

本文來源：西安浩天生物工程有限公司官網(wǎng)http://puchengedu.com/