α-長(zhǎng)鏈烷基甜菜堿應(yīng)用性能研究

狄永紅，王澤云

（南風(fēng)化工集團(tuán)股份有限公司 山西 運(yùn)城 044000）

α-長(zhǎng)鏈烷基甜菜堿應(yīng)用性能研究

狄永紅，王澤云

（南風(fēng)化工集團(tuán)股份有限公司 山西 運(yùn)城 044000）

研究了新型兩性表面活性劑α-長(zhǎng)鏈烷基甜菜堿（C10、C12）的應(yīng)用性能，并與目前常用兩性表面活性十二烷基二甲基甜菜堿（BS-12）進(jìn)行了對(duì)比。結(jié)果表明，α-癸基甜菜堿KP點(diǎn)與BS-12相當(dāng)，泡沫性能優(yōu)于BS-12，潤(rùn)濕力、去污力低于BS-12；α-十二烷基甜菜堿的泡沫性能、潤(rùn)濕力、去污力均優(yōu)于BS-12。

α-長(zhǎng)鏈烷基甜菜堿；BS-12；應(yīng)用性能

a-長(zhǎng)鏈烷基甜菜堿是采用α-長(zhǎng)鏈氯代脂肪酸與短鏈?zhǔn)灏贩磻?yīng)合成的一種新型兩性表面活性劑。它與傳統(tǒng)的兩性表面活性劑性能相近，但在成本方面卻具有突出優(yōu)勢(shì)，因而受到眾多研究者的關(guān)注[1,2]。本課題在前期工作中研究了a-長(zhǎng)鏈烷基甜菜堿的合成工藝條件及部分理化性質(zhì)[3,4]。本文在前期研究的基礎(chǔ)上，以目前洗滌產(chǎn)品中常用的兩性表面活性劑十二烷基二甲基甜菜堿（BS-12）為對(duì)照，研究了疏水基碳鏈為C10和C12的a-長(zhǎng)鏈烷基甜菜堿的KP點(diǎn)、泡沫力、潤(rùn)濕力和去污力等洗滌作用方面比較重要的性能。

在分子結(jié)構(gòu)方面，a-長(zhǎng)鏈烷基甜菜堿與普通長(zhǎng)鏈烷基甜菜堿BS-12有一定區(qū)別，即疏水基團(tuán)與親水基團(tuán)的空間位置有所不同，因而可能導(dǎo)致其產(chǎn)品性能的變化。圖1分別為BS-12和a-長(zhǎng)鏈烷基甜菜堿的分子結(jié)構(gòu)。

1. 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 儀器與試劑

a-癸基甜菜堿，28%，實(shí)驗(yàn)室自制；a-十二烷基甜菜堿，28%，實(shí)驗(yàn)室自制；BS-12，30%，上海經(jīng)緯化工有限公司； 202號(hào)純棉帆布，上海染料公司；標(biāo)準(zhǔn)污布，中國(guó)日用化學(xué)工業(yè)研究院。WSD-3U全自動(dòng)熒光白度儀， RHLQ-III立式去污機(jī)，羅氏泡沫儀，恒溫水浴。

1.2 分析檢測(cè)

1.2.1 泡沫力的測(cè)定

泡沫力參照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 13173.6-91《洗滌劑發(fā)泡力的測(cè)定 (Ross -Miles法)》及GB/T《 7462-1994 改進(jìn)Ross-Miles法》進(jìn)行測(cè)定。

1.2.2 潤(rùn)濕力的測(cè)定

潤(rùn)濕力參照國(guó)標(biāo)GB 5557-85《表面活性劑 紡織助劑 滲透力測(cè)定法 潤(rùn)濕法》方法進(jìn)行測(cè)定。

1.2.3 去污力的測(cè)定

去污力參照國(guó)標(biāo) GB/T 13174-2003《衣料用洗滌劑去污力及抗污漬再沉積能力的測(cè)定》進(jìn)行測(cè)定。

2. 結(jié)果與討論

2.1 KP 點(diǎn)

圖1 BS-12和a–長(zhǎng)鏈烷基甜菜堿的分子結(jié)構(gòu)

Kraft point（KP點(diǎn)）是衡量表面活性劑水溶性的一個(gè)重要指標(biāo)，對(duì)其各方面的應(yīng)用性能具有非常重要的影響。將a-長(zhǎng)鏈烷基甜菜堿和BS-12分別配成1.0%水溶液，用濁度法測(cè)定其KP點(diǎn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表1。

由表1中數(shù)據(jù)可見，a-癸基甜菜堿和BS-12的KP點(diǎn)小于0℃，a-十二烷基甜菜堿的KP點(diǎn)為5.5℃。這說明，疏水基碳鏈低于十二的a-長(zhǎng)鏈烷基甜菜堿與BS-12一樣，都具有優(yōu)良的低溫溶解性，適合應(yīng)用于在常溫條件下儲(chǔ)存和使用的各類洗滌產(chǎn)品中。

2.2 泡沫性能

使用改進(jìn)羅氏泡沫儀對(duì)α-癸基甜菜堿、a-十二烷基甜菜堿和BS-12的泡沫性能進(jìn)行了測(cè)定，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表2。

由表2數(shù)據(jù)可以看出，a-癸基甜菜堿的發(fā)泡性能低于BS-12，穩(wěn)泡性能接近。相比BS-12，由于a-癸基甜菜堿的疏水碳鏈較短，因此發(fā)泡性能略差。a-十二烷基甜菜堿和BS-12的發(fā)泡能力基本相當(dāng)，但隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，BS-12泡沫下降較快，而a-十二烷基甜菜堿的泡沫下降較少。這說明，在疏水碳鏈長(zhǎng)度相同的條件下，a-長(zhǎng)鏈甜菜堿的穩(wěn)泡性能優(yōu)于BS-12。

2.3 潤(rùn)濕力

使用帆布沉降法分別對(duì)α-癸基甜菜堿、a-十二烷基甜菜堿和BS-12的潤(rùn)濕性能做了測(cè)試，共進(jìn)行了4個(gè)濃度梯度的實(shí)驗(yàn)。表3中的數(shù)據(jù)分別為實(shí)驗(yàn)用帆布在3種產(chǎn)品不同濃度溶液中的沉降時(shí)間。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，在相同活性物濃度的條件下，以0.75g/L的活性物濃度水平為例，BS-12的帆布沉降時(shí)間為73s，遠(yuǎn)低于a-癸基甜菜堿的240s，但高于a-十二烷基甜菜堿的10s。其他濃度梯度的實(shí)驗(yàn)結(jié)果規(guī)律與此相同。這說明，BS-12的潤(rùn)濕性能優(yōu)于a-癸基甜菜堿，但不如a-十二烷基甜菜堿。

造成產(chǎn)品潤(rùn)濕性能差別的主要原因是由于a-癸基甜菜堿的疏水基碳鏈長(zhǎng)度比BS-12短兩個(gè)碳。雖然碳鏈較短的表面活性劑分子在溶液中的遷移速度較快，對(duì)提高潤(rùn)濕性能有利，但碳鏈太短時(shí)，表面活性劑溶液的表面張力較高，對(duì)溶液的潤(rùn)濕性能有更大的影響。通常情況下，疏水鏈長(zhǎng)度為C12~C14的表面活性劑具有較好的潤(rùn)濕性能，所以a-癸基甜菜堿的潤(rùn)濕性能較差。同時(shí)，在疏水基碳鏈長(zhǎng)度相同的條件下，a-十二烷基甜菜堿的親水基陰離子與陽離子的相對(duì)空間位置的分布，更有利于正、負(fù)電荷的抵消，使得表面活性劑分子的締和變得更加容易，從而表面活性劑的cmc和表面張力下降的更低，對(duì)改善表面活性劑的潤(rùn)濕性能有利。因此，a-十二烷基甜菜堿的潤(rùn)濕性能最好。

2.4 去污力

由于具有性質(zhì)溫和、刺激性低等優(yōu)良特性，兩性表面活性劑已在家用清洗產(chǎn)品和個(gè)人護(hù)理產(chǎn)品中得到廣泛應(yīng)用。在上述兩類配方中，表面活性劑的主要功能之一是清洗各類污垢，所以去污力是衡量表面活性劑性能的重要指標(biāo)。實(shí)驗(yàn)中，在相同活性物含量的條件下，使用立式去污機(jī)，采用國(guó)標(biāo)方法對(duì)a-癸基甜菜堿、a-十二烷基甜菜堿和BS-12在皮脂、蛋白和碳黑3種污布上的去污性能進(jìn)行了測(cè)試，通過洗前與洗后污布白度的差值來表示產(chǎn)品去污性能的好壞。結(jié)果如表4所示。

表4的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，各種表面活性劑在三種污布上的去污力趨勢(shì)是相同的，即去污力由大到小的順序?yàn)椋篴-十二烷基甜菜堿＞BS-12＞a-癸基甜菜堿。其中，a-癸基甜菜堿的去污力與其他兩種表面活性劑差距較大。其主要原因是洗滌過程是一個(gè)十分復(fù)雜的綜合作用過程，涉及到表面活性劑的吸附、潤(rùn)濕、分散、加溶、乳化等各種作用。通常情況下，具有良好洗滌去污性能的表面活性劑的碳鏈長(zhǎng)度為C12～C18。α-癸基甜菜堿的疏水基碳鏈較短，因而不是最適合的重垢型表面活性劑。在碳鏈長(zhǎng)度相等的條件下，α-十二烷基甜菜堿的去污性能明顯優(yōu)于BS-12。

表1 α-長(zhǎng)鏈烷基甜菜堿和BS-12的KP點(diǎn)

表2 α-長(zhǎng)鏈甜菜堿和BS-12的泡沫性能

表3 α-長(zhǎng)鏈烷基甜菜堿和BS-12的潤(rùn)濕性能

表4 α-長(zhǎng)鏈烷基甜菜堿和BS-12的去污性能

3. 結(jié)論

新型兩性表面活性劑α-長(zhǎng)鏈烷基甜菜堿在洗滌方面具有良好的應(yīng)用性能。α-癸基甜菜堿的KP點(diǎn)與BS-12相當(dāng)，其低溫溶解性好，泡沫性能優(yōu)于BS-12，但潤(rùn)濕力、去污力低于BS-12；α-十二烷基甜菜堿的泡沫性能、潤(rùn)濕力、去污力均優(yōu)于BS-12，在洗滌產(chǎn)品中應(yīng)用綜合性能最優(yōu)。

[1] 方云, 夏詠梅, 江文中, 等. 天然油脂基兩性表面活性劑的合成和性質(zhì)I α –溴化長(zhǎng)鏈脂肪酸的合成[J]. 日用化學(xué)工業(yè), 1993, (5): 1-4.

[2] Frederlck Baxter Downing, Carneys Point, Frank Willard Johnson. Nitrogen Containing Organic Compounds[P]. US 2,129,264.1938.

[3] Ze-yun Wang, Shu-fen Zhang, Yun Fang, et al. Synergistic behavior Between Zwitterionic Surfactant α-Decylbetaine and Anionic Surfactant Sodium Dodecyl Sulfate[J]. Journal of Surfactants and Detergents, 2009, Vol 12. Number 4.

[4] 王澤云, 張淑芬, 齊麗云, 等. α-癸基甜菜堿的表面活性和膠體性質(zhì)[J]. 日用化學(xué)工業(yè), 2009, 39(2): 85-88.