富马酸单甲酯（Monomethyl Fumarate，MMF）是一种含羧基、酯基和不饱和双键的极性有机化合物，其表面张力与润湿性是决定其在食品防腐、医药制剂、高分子合成、涂料助剂等领域应用性能的关键界面化学指标。二者本质上由分子结构中的极性基团与疏水基团的协同作用决定，同时受温度、浓度、溶剂体系、基材性质等因素调控，直接影响其在界面的铺展、吸附与渗透行为。

一、富马酸单甲酯的表面张力特性及影响因素

表面张力是指液体表面分子因受力不均衡而产生的收缩趋势，富马酸单甲酯的表面张力特性需区分纯品熔融态与溶液态两个维度，其核心差异源于分子聚集状态与分子间作用力的不同。

1. 纯品熔融态的表面张力

富马酸单甲酯的熔点为102~104℃，当温度高于熔点时，转变为透明熔融液体。其分子结构中的羧基（-COOH）和酯基（-COOCH₃）为强极性基团，分子间可形成氢键与偶极-偶极相互作用；而碳碳双键与烷基链为疏水基团，削弱分子间的极性作用。这种“极性-疏水”结构的平衡，决定了熔融态富马酸单甲酯的表面张力基准值。

通过吊环法或悬滴法测定，110℃熔融态富马酸单甲酯的表面张力约为32~35mN/m，属于中等表面张力液体（低于水的72mN/m，高于正己烷的18.4mN/m）。该数值随温度升高呈线性下降，遵循表面张力的温度效应规律：温度每升高10℃，表面张力降低约1.5~2.0mN/m。原因是温度升高会增强分子动能，削弱分子间的氢键与偶极作用，降低液体表面的收缩趋势，例如，当温度升至140℃时，其表面张力可降至27~29mN/m，流动性显著提升。

2. 溶液态的表面张力及浓度效应

富马酸单甲酯在极性溶剂（乙醇、丙酮）中溶解度较高，在水中溶解度较低（25℃时约为0.6g/100mL），其溶液的表面张力表现出显著的浓度依赖性，且随溶剂极性不同呈现差异化规律。

（1）极性有机溶剂体系

在乙醇、丙酮等极性溶剂中，富马酸单甲酯的极性基团与溶剂分子形成氢键，分子均匀分散，不会在溶液表面定向吸附，因此溶液表面张力随浓度升高呈缓慢线性下降，且始终高于纯溶剂的表面张力。

以乙醇溶液为例，25℃时纯乙醇的表面张力为22.3mN/m，当富马酸单甲酯浓度为5%时，溶液表面张力升至25~26mN/m；浓度升至15%时，表面张力进一步升至29~30mN/m。这是由于富马酸单甲酯的分子极性强于乙醇，其溶解会增强溶液分子间的相互作用，从而提升表面张力。

（2）水-有机溶剂混合体系

当向水溶液中加入少量乙醇或丙酮作为助溶剂时，富马酸单甲酯的溶解度提升，此时溶液表面张力随浓度变化呈现先降后升的特殊规律。

低浓度区间（＜1%）：富马酸单甲酯的极性羧基朝向水相，疏水的烷基链与双键朝向空气相，在溶液表面定向吸附，取代部分水分子，降低表面分子间的作用力，因此表面张力随浓度升高而降低；

高浓度区间（＞1%）：溶液表面吸附达到饱和，多余的富马酸单甲酯分子进入水相形成聚集体，分子间的氢键作用增强，导致溶液表面张力随浓度升高而回升。

（3）水溶液体系

纯水溶液中，富马酸单甲酯溶解度低，分子易形成微小悬浮颗粒，其表面张力略高于纯水（25℃时约为73~75mN/m），且浓度变化对表面张力的影响较小，原因是未溶解的颗粒难以在溶液表面形成有效吸附。

3. 其他影响因素

pH值：仅对水溶液体系有显著影响。富马酸单甲酯的羧基 pKa≈3.0，当 pH＞3时，羧基解离为羧酸根离子（-COO⁻），分子极性增强，与水分子的作用更紧密，溶液表面张力升高；当 pH＜3时，羧基以分子态存在，表面吸附作用增强，表面张力略低。

添加剂：向溶液中加入表面活性剂（如吐温80、十二烷基硫酸钠）时，表面活性剂会优先在溶液表面吸附，大幅降低表面张力，同时促进富马酸单甲酯的分散，削弱其浓度对表面张力的影响。

二、富马酸单甲酯的润湿性及评价指标

润湿性是指液体在固体表面铺展的能力，本质是液体 - 固体、液体 - 气体、固体 - 气体三相界面张力的平衡，常用接触角作为定量评价指标：接触角＜90°时为润湿，接触角越小润湿性越好；接触角＞90° 时为不润湿；接触角 = 0°时为完全润湿。

富马酸单甲酯的润湿性需结合液体形态（熔融态/溶液态）与基材性质（极性/非极性）进行分析，二者的极性匹配度是决定润湿性的核心因素。

1. 熔融态富马酸单甲酯对不同基材的润湿性

熔融态富马酸单甲酯为中等极性液体，其润湿性与基材极性呈正相关：

极性基材（玻璃、不锈钢、纤维素）：基材表面含有羟基、羧基等极性基团，可与熔融态富马酸单甲酯的羧基形成氢键，三相界面张力平衡向铺展方向倾斜，接触角约为 30~45°，表现为良好润湿性。这一特性使其在高分子涂层加工中，可与极性基材紧密结合，提升涂层附着力。

非极性基材（聚乙烯、聚丙烯、石蜡）：基材表面无极性基团，与富马酸单甲酯的分子间作用力为弱范德华力，液体在表面的收缩趋势强于铺展趋势，接触角约为 100~115°，表现为不润湿。若需改善润湿性，可通过基材表面改性（如等离子体处理引入极性基团）或添加相容剂实现。

2. 溶液态富马酸单甲酯的润湿性及调控策略

溶液态富马酸单甲酯的润湿性由溶剂极性、溶液浓度共同决定，针对不同基材可通过调控配方实现润湿性优化。

（1）对极性基材的润湿性

在乙醇、丙酮等极性溶剂中，溶液的极性与基材匹配度高，润湿性良好，接触角通常＜40°。浓度升高会增强溶液极性，进一步降低接触角（提升润湿性），例如，10%乙醇溶液在玻璃表面的接触角约为 25°，显著低于纯乙醇的 38°。

在水-乙醇混合溶剂中，低浓度区间（＜1%）的溶液因表面吸附作用，润湿性优于高浓度区间；当浓度＞1% 时，溶液聚集体增多，极性增强，润湿性再次提升，呈现 “U型” 接触角变化规律。

（2）对非极性基材的润湿性

纯极性溶剂溶液在非极性基材表面的接触角＞90°，润湿性差。此时可通过添加非离子表面活性剂调控润湿性：表面活性剂的疏水基团与非极性基材结合，极性基团与富马酸单甲酯溶液结合，降低固 - 液界面张力，使接触角降至 60~70°，实现有效润湿。

3. 润湿性的评价方法与应用关联

接触角测定：采用接触角测量仪，将液滴滴落至平整基材表面，拍摄液滴形态并计算接触角，每个样品至少测定5个不同位置，取平均值以降低误差。

铺展系数计算：铺展系数 S=γSG−(γSL+γLG)（γSG为固 - 气表面张力，γSL为固 - 液表面张力，γLG为液-气表面张力），＞时液体可在基材表面自发铺展，S值越大润湿性越好。

在实际应用中，润湿性直接决定产品性能：

食品防腐领域：富马酸单甲酯溶液需在食品表面形成均匀薄膜，良好的润湿性可确保防腐成分全面覆盖，提升抑菌效果；

医药制剂领域：外用凝胶制剂需在皮肤表面良好润湿，才能促进药物渗透吸收；口服混悬液需在胃肠道黏膜表面润湿，提升生物利用率；

高分子合成领域：熔融态富马酸单甲酯作为共聚单体，需与基材树脂良好润湿，才能保证聚合反应均匀进行，避免产物出现相分离。

三、表面张力与润湿性的协同调控及应用案例

1. 食品防腐剂的配方优化

为提升富马酸单甲酯在糕点表面的防腐效果，需制备润湿性良好的喷涂溶液。采用乙醇：水=7:3的混合溶剂，将富马酸单甲酯浓度控制在0.8%（表面吸附饱和浓度），此时溶液表面张力约为45mN/m，在糕点（纤维素基材）表面的接触角约为 20°，可自发铺展形成均匀薄膜，抑菌效率比高浓度溶液提升 30% 以上。

2. 高分子涂层的附着力提升

将熔融态富马酸单甲酯与聚酯树脂共混制备涂层，控制熔融温度为130℃（表面张力降至28mN/m），此时涂层在不锈钢基材表面的接触角约为 35°，润湿性良好；冷却固化后，涂层与基材的附着力等级达到1级（至高等级），显著优于常温涂覆的样品。

富马酸单甲酯的表面张力与润湿性由其 “极性 - 疏水” 的分子结构决定，熔融态为中等表面张力液体，溶液态表面张力随浓度、溶剂极性呈现差异化变化规律；润湿性则与基材极性高度相关，极性匹配度越高润湿性越好。通过调控温度、浓度、溶剂体系及添加助剂，可实现表面张力与润湿性的精准协同，满足不同应用场景的性能需求。未来，针对特定领域的界面行为定制（如靶向给药制剂的黏膜润湿性优化），将成为富马酸单甲酯应用拓展的重要方向。

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