冷配型酯基季銨鹽陽(yáng)離子表面活性劑

鮑 亮，姚永麗，羅 綱，王嘉樹(shù)

贏創(chuàng)德固賽特種化學(xué)（上海）有限公司-家居護(hù)理部 上海 201108

織物，尤其是天然纖維織物，在反復(fù)洗滌的過(guò)程中，其微纖維容易斷裂。在洗滌過(guò)程中，機(jī)械摩擦產(chǎn)生的靜電增加了纖維之間的摩擦力，阻止了纖維之間的自由滑動(dòng)。當(dāng)我們的皮膚接觸到這種織物的時(shí)候，就會(huì)感覺(jué)澀和硬，給人以粗糙的感覺(jué)。柔軟物質(zhì)通過(guò)吸附在纖維表面，使纖維更加順滑，從而降低纖維之間的摩擦力，提高纖維的集束力，減少靜電，給我們表皮以柔滑的感覺(jué)。而且，柔軟劑的使用，可以降低滾筒干燥過(guò)程中由于織物間的機(jī)械摩擦對(duì)織物造成的損壞，從而延長(zhǎng)衣物的使用壽命；此外它還可以減少織物表面褶皺的形成，使織物更易于熨燙[1]。

最適用于作為織物柔軟劑的原料主要是雙長(zhǎng)鏈基團(tuán)的陽(yáng)離子表面活性劑。1955年，美國(guó)最先將雙（氫化牛油基）二甲基氯化銨（DHTDMAC）作為柔軟劑成分用于家居織物護(hù)理中[2]。此后，又相繼研發(fā)了雙烷基酰胺型和雙烷基酰胺咪唑啉陽(yáng)離子表面活性劑織物柔軟劑。上述柔軟劑雖然具有很好的柔軟性和抗靜電性，但會(huì)產(chǎn)生一些環(huán)境問(wèn)題，如水環(huán)境中的毒性，在有氧或無(wú)氧條件下的可生物降解性和水生物體內(nèi)的累積性[3]。酯基季銨鹽織物柔軟劑是最先開(kāi)發(fā)的具有可生物降解性的柔軟劑，它可以配制成高活性物的產(chǎn)品。由于酯基在廢水處理中極易被微生物分解而迅速降解為C16～C18的脂肪酸和分子較小的陽(yáng)離子代謝物，因此，酯基季銨鹽具有優(yōu)異的生物降解，在歐洲獲得大量應(yīng)用。其商品名如：SYNPROLAMFS和REWOQUAT[4]。

通常用于織物柔軟劑的陽(yáng)離子表面活性劑在常溫為固體或膏狀，在配制過(guò)程中需要加熱。而當(dāng)今，低碳、環(huán)保、節(jié)能、減排已成為各行各業(yè)可持續(xù)發(fā)展的需要。因此，在符合環(huán)保要求的同時(shí)，開(kāi)發(fā)出常溫為液態(tài)并且能在低溫條件下穩(wěn)定分散的陽(yáng)離子表面活性劑，可以減少原料在運(yùn)輸、儲(chǔ)存過(guò)程中需要保溫而造成的能量消耗；避免原料長(zhǎng)期高溫儲(chǔ)存可能產(chǎn)生的色變；取消生產(chǎn)過(guò)程中原料和水預(yù)熱及降溫工序，節(jié)約能源、縮短生產(chǎn)時(shí)間（傳統(tǒng)酯基季銨鹽和冷配型酯基季銨鹽在配制柔軟劑的生產(chǎn)時(shí)間對(duì)比如圖1所示），符合柔軟劑行業(yè)可持續(xù)發(fā)展的需要。REWOQUAT?WE 45是一種新型的可生物降解的酯基型陽(yáng)離子表面活性劑，在室溫（25℃）呈液態(tài)，并且在室溫下具有良好的分散性。此外，它還可以配制成濃縮型的產(chǎn)品，符合新清潔行業(yè)提倡濃縮化的要求[5]。因此，REWOQUAT?WE 45無(wú)疑滿足新型綠色柔軟劑發(fā)展的需要。同時(shí)，本課題還就它處理后織物的柔軟性，蓬松度、再潤(rùn)濕性和抗靜電性等進(jìn)行了測(cè)試。

1. 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 儀器、試劑和材料

主要儀器及材料：PC68高阻計(jì)（上海精密科學(xué)儀器有限公司）、漂洗器、白色短毛小毛巾（30cm×30cm，約44g/塊）、白色聚酯布（平紋機(jī)織面料，經(jīng)線235±5根/10cm，緯線205±5根/10cm）、皂粒（干鈉皂含量≥54%）

主要試劑：雙烷基酯基陽(yáng)離子表面活性劑：REWOQUAT?WE 45 (EVONIK)、REWOQUAT?WE 18 E (EVONIK)；雙烷基陽(yáng)離子表面活性劑：D1821、ADOGEN?442 (EVONIK)；酰胺基陽(yáng)離子表面活性劑：VARISOFT?222 LM (EVONIK)；咪唑啉陽(yáng)離子表面活性劑：VARISOFT?3690（EVONIK）。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 織物柔軟性的評(píng)價(jià)方法

通常，織物柔軟劑柔軟性的評(píng)價(jià)方法包括主觀評(píng)價(jià)法和客觀評(píng)價(jià)法。主觀評(píng)價(jià)通常是由評(píng)價(jià)人員通過(guò)手感對(duì)織物柔軟性的優(yōu)劣給予評(píng)分，并以一定的數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法得出評(píng)價(jià)結(jié)果[6]。這種方法和衣物穿著過(guò)程中，身體皮膚對(duì)織物的感覺(jué)是一致的。實(shí)驗(yàn)中將各種陽(yáng)離子表面活性劑配置成活性物含量為5%的柔軟劑，然后用1%濃度的柔軟劑溶液處理毛巾后，用主觀評(píng)價(jià)法來(lái)比較這幾種陽(yáng)離子表面活性劑的柔軟性能。

1.2.2 織物蓬松度測(cè)試方法

將每5塊白色毛巾分成一組，各組毛巾的總重量差值在±0.5g內(nèi)。將每組毛巾分別對(duì)折、重疊，測(cè)量毛巾的初始堆疊高度H0。然后將每組毛巾分別用不同陽(yáng)離子表面活性劑配置的柔軟劑處理后，測(cè)試其堆疊高度H1。最后計(jì)算毛巾處理前后堆疊高度的差值，即H1-H0，差值越大，說(shuō)明該織物的蓬松度越好。

1.2.3 織物的再潤(rùn)濕性測(cè)試

參考標(biāo)準(zhǔn)QB/T 4309 《衣物柔順劑再潤(rùn)濕性能的測(cè)定》，通過(guò)測(cè)定水沿毛細(xì)管上升一定高度所需的時(shí)間，對(duì)不同陽(yáng)離子表面活性劑制成的柔軟劑的再潤(rùn)濕性能進(jìn)行測(cè)試。

1.2.4 織物抗靜電性測(cè)試

參考標(biāo)準(zhǔn)GB/T 16801《織物調(diào)理劑抗靜電性能的測(cè)定》?？椢镞x用白色聚酯布（平紋機(jī)織面料，經(jīng)線235±5根/10cm，緯線205±5根/10cm），用PC 68型高阻計(jì)測(cè)定織物處理后的表面比電阻降低或表面比電阻對(duì)數(shù)值降低來(lái)評(píng)價(jià)織物柔軟劑抗靜電性的優(yōu)劣。

2. 結(jié)果與討論

目前市場(chǎng)上常用來(lái)作為柔軟劑的陽(yáng)離子表面活性劑主要有雙十八烷基型（DHTDMAC）、雙烷基酰胺型、雙烷基酰胺咪唑啉型和雙烷基酯基型。實(shí)驗(yàn)中也挑選了這四種不同類(lèi)型的陽(yáng)離子，分別對(duì)它們的柔軟性、蓬松度、潤(rùn)濕性、抗靜電性等性能進(jìn)行了測(cè)試。

2.1 柔軟性

織物柔軟性的評(píng)價(jià)方法選擇主觀評(píng)價(jià)中的秩位法[7]，即選取5位以上感覺(jué)靈敏，具有豐富經(jīng)驗(yàn)的評(píng)價(jià)人員，通過(guò)手感觸摸各試樣，并對(duì)其柔軟性進(jìn)行排序，柔軟性最好的則秩位數(shù)最小，最后由總的秩位數(shù)決定織物柔軟性的優(yōu)劣?？傊任粩?shù)越小，織物柔軟性越好[6]。評(píng)定結(jié)果如表1所示。

由表1可以看出，經(jīng)不同陽(yáng)離子表面活性劑處理的織物的柔軟性對(duì)比結(jié)果為：S6＞S1＞S2＞S5＞S3＞S4，即冷配型酯基季銨鹽REWOQUAT?WE 45(S5)所處理的織物的柔軟性比雙烷基型季銨鹽(ADOGEN?442(S1)和D1821(S2))和高溫型酯基季銨鹽(REWOQUAT?WE 18 E(S6))處理的織物差，但優(yōu)于酰胺基季銨鹽(VARISOFT?222 LM(S3))和咪唑啉季銨鹽(VARISOFT?3690(S4))處理的織物。

2.2 蓬松度

柔軟劑處理的織物不僅要讓皮膚接觸時(shí)有滑爽的感覺(jué)，而且還能給人以蓬松、豐盈的手感，所以課題中還對(duì)不同陽(yáng)離子表面活性劑處理的織物的蓬松度進(jìn)行了測(cè)試比較。測(cè)試結(jié)果如表2所示。

由表2可以看出織物蓬松度的測(cè)試結(jié)果為：S3＞S5＞S4＞S2=S6＞S1，即REWOQUAT?WE 45處理后的織物的蓬松度僅次于酰胺基季銨鹽VARISOFT?222 LM處理后的織物，優(yōu)于其他類(lèi)型的陽(yáng)離子柔軟劑處理后的織物。

2.3 再潤(rùn)濕性測(cè)試

表1 織物柔軟性主觀評(píng)定結(jié)果

表2 織物蓬松度測(cè)試結(jié)果

由于纖維本身一般都帶負(fù)電荷，陽(yáng)離子表面活性劑通過(guò)正負(fù)離子的化學(xué)結(jié)合及其他的物理作用，可以很好地吸附于纖維表面，形成疏水基朝外的排列，從而賦予織物柔軟、滑爽的手感，改善了織物的抗靜電性，但同時(shí)也降低了織物的吸水性，使衣物的再潤(rùn)濕性能變差，降低了織物的穿著服用性。因此，如何提高處理織物的再潤(rùn)濕性能，也是柔軟劑產(chǎn)品開(kāi)發(fā)過(guò)程中要考慮的技術(shù)問(wèn)題。

織物的再潤(rùn)濕性通常用毛細(xì)管效應(yīng)來(lái)衡量?？椢锩?xì)管效應(yīng)是指測(cè)定水在織物上的擴(kuò)散速度，即測(cè)定水沿毛細(xì)管上升的高度，以一定時(shí)間上升的高度或上升一定的高度所需的時(shí)間來(lái)表示。本課題按照標(biāo)準(zhǔn)QB/T 4309的規(guī)定對(duì)不同陽(yáng)離子柔軟劑處理后的織物的再潤(rùn)濕性進(jìn)行了測(cè)試，測(cè)試結(jié)果如圖2所示。

由圖2可以看出，用酯基季銨鹽處理的織物和雙烷基季銨鹽（DHTDMAC）處理的織物相比，潤(rùn)濕時(shí)間大大縮短。這是因?yàn)槠浣Y(jié)構(gòu)中含有酯基，降低了其疏水基團(tuán)的疏水性，此外，硫酸甲酯銨比氯化銨的親水性強(qiáng)，這些結(jié)構(gòu)使得酯基季銨鹽表現(xiàn)出比雙烷基季銨鹽（DHTDMAC）更好的再潤(rùn)濕性。因此，冷配型酯基季銨鹽REWOQUAT?WE 45處理的織物也表現(xiàn)出優(yōu)異的再潤(rùn)濕性能。

2.4 抗靜電性測(cè)試

織物，尤其是合成纖維織物（如滌綸）在干燥、穿著等過(guò)程中由于摩擦容易產(chǎn)生靜電，所產(chǎn)生的靜電使纖維容易起毛，甚至起球、吸灰、玷污，用其制作的服裝太貼身，使人感覺(jué)不舒服[8]。陽(yáng)離子表面活性劑帶有正電荷，而大多數(shù)纖維表面帶負(fù)電荷，當(dāng)陽(yáng)離子表面活性劑吸附在織物表面時(shí)，由于相反電荷的中和，降低了織物表面的靜電；同時(shí)，處理后的織物表面更加順滑，降低了織物表面的摩擦系數(shù)，減少織物表面因摩擦而產(chǎn)生的靜電。

此外，不同的陽(yáng)離子表面活性劑，其處理的織物的抗靜電性能也不同。本課題對(duì)各種類(lèi)型的陽(yáng)離子表面活性劑的抗靜電效果進(jìn)行了測(cè)試，測(cè)試方法參照GB/T 16801，測(cè)試結(jié)果用織物表面比電阻對(duì)數(shù)值降低來(lái)表示，結(jié)果如圖3所示。

由圖3可以看出，REWOQUAT?WE 45的抗靜電性能最好，其次是REWOQUAT?WE18E ，VARISOFT?3690 和VARISOFT?222 LM，最差的是ADOGEN?442和D1821。這是因?yàn)殛?yáng)離子表面活性劑的親水性能越好，就越能加快處理后的織物上的靜電荷逸散速度，因此其處理的織物抗靜電性也越好。

2.5 不同類(lèi)型陽(yáng)離子表面活性劑其他性能比較

此外，文中還對(duì)不同陽(yáng)離子表面活性劑的生物降解性[9]、配置溫度、使用濃度范圍進(jìn)行了比較，結(jié)果如表3所示。

由表3可見(jiàn)，冷配型酯基季銨鹽陽(yáng)離子表面活性劑REWOQUAT?WE 45和REWOQUAT?WE 18 的生物降解性?xún)?yōu)于其他品種，前者配制溫度低，可使用的溫度25℃，較低。

3. 結(jié)論

表3 不同類(lèi)型陽(yáng)離子表面活性劑比較

隨著技術(shù)和應(yīng)用的發(fā)展，人們發(fā)現(xiàn)作為柔軟劑原料的每一種陽(yáng)離子表面活性劑都有其優(yōu)缺點(diǎn)，沒(méi)有一個(gè)產(chǎn)品在各方面都是最理想的，而實(shí)驗(yàn)也證實(shí)了這一點(diǎn)。然而，隨著人類(lèi)對(duì)自身的生存環(huán)境越來(lái)越重視，環(huán)保、低碳、節(jié)能、減排已成為各行業(yè)發(fā)展的主導(dǎo)。消費(fèi)者的環(huán)保意識(shí)越來(lái)越強(qiáng)，他們?cè)絹?lái)越傾向于購(gòu)買(mǎi)有綠色環(huán)保標(biāo)志的產(chǎn)品?？椢锴鍧嵶o(hù)理行業(yè)也不例外，在當(dāng)今，無(wú)磷化已經(jīng)深入人心，而濃縮化、易生物降解也正得到大力倡導(dǎo)。冷配型酯基季銨鹽陽(yáng)離子表面活性劑REWOQUAT?WE 45具有不錯(cuò)的應(yīng)用性能，而且其易生物降解；在生產(chǎn)過(guò)程中無(wú)需加熱，常溫即可完成配置，節(jié)約生產(chǎn)時(shí)間，減少能量消耗；此外，它還可以配置成濃縮化產(chǎn)品，減少了運(yùn)輸和包裝成本。因此，REWOQUAT?WE 45符合當(dāng)今提倡的新清潔行業(yè)可持續(xù)發(fā)展的需要，在未來(lái)的發(fā)展中具有廣闊的應(yīng)用前景。

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