椰油酰甘氨酸鈉與兩性表面活性劑復(fù)配泡沫性能探究

許珺瑩 劉正芳 許 顯 莫冰冰 汪 資 黃俊睦 林廣欣

花安堂生物科技集團(tuán)有限公司，廣東廣州，510000

表面活性劑歷史悠久，20世紀(jì)90年代以來，在個人護(hù)理清潔行業(yè)中，十二烷基醚硫酸鈉(SLES)和椰油酰胺丙基甜菜堿(F50)一直占絕大市場地位[1]。近年來，個人護(hù)理品表面活性劑中，氨基酸衍生的表面活性劑因其低毒性、高生物降解性、對皮膚較溫和等優(yōu)點而受到人們廣泛的關(guān)注[2-4]。同時，氨基酸表面活性劑與其他表面活性劑復(fù)配相容性好，在化妝品、食品、醫(yī)藥等行業(yè)中被廣泛應(yīng)用[5]。

椰油酰甘氨酸鈉（SCG）是日用化學(xué)品中常用的氨基酸表面活性劑，氨基酸表面活性劑復(fù)配兩性表面活性劑的潔面產(chǎn)品因為其價格合理、泡沫細(xì)膩、豐富等優(yōu)點，所以在市場中較為常見。目前關(guān)于SCG與兩性表面活性劑復(fù)配的研究主要在體相性質(zhì)，關(guān)于界面性質(zhì)的研究報道較少。本文旨在探究SCG與市面上常見的兩性表面活性劑椰油酰胺丙基甜菜堿（F50）、椰油酰胺丙基羥基磺基甜菜堿（CHSB-35）、月桂酰兩性基二乙酸二鈉（MAB）、月桂酰兩性基乙酸鈉（LSH）復(fù)配體系泡沫性能。

1 實驗部分

1.1 試劑與儀器

MIAMI SCG(S)，w＝30%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，以下皆是），韓國美源商事株式會社；TEGO BETAIN F 50，w＝40%，REWOTERIC AM L SH，w＝28.5%，贏創(chuàng)工業(yè)集團(tuán)；FS CHSB-35，w＝30%，廣州花語精細(xì)化工有限公司；TC-MAB 40LDL，w＝32%，廣州天賜高新材料股份有限公司；一水檸檬酸，w＝100%，濰坊英軒實業(yè)有限公司；氫氧化鈉，w＝100%，西隴化工股份有限公司；無水氯化鈣，w＝100%，上海市奉賢奉城試劑廠。DK-98-Ⅱ電熱恒溫水浴鍋，天津市泰斯特儀器有限公司；JJ1000型電子天平，常熟市雙杰測試儀器廠；RW 20 digital攪拌器，艾卡儀器設(shè)備有限公司；EBR150G攪拌器，伊萊克斯（中國）電器有限公司；K100力學(xué)法表面張力儀，克呂士科學(xué)儀器（上海）有限公司。

1.2 溶液配制

1.2.1 單一表面活性劑溶液制備

將SCG試劑通過檸檬酸、氫氧化鈉調(diào)節(jié)pH（10%）為9.0、8.5、8.0、7.5、7.0、6.5、6.0、5.5，參考GB/T 13531.1稀釋法。

1.2.2 復(fù)配表面活性劑體系制備

如表1所示，配制總表面活性劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15%的復(fù)配溶液，該溶液為椰油酰甘氨酸鈉與兩性表面活性劑不同配比（質(zhì)量分?jǐn)?shù)比）的復(fù)配體系，通過檸檬酸、氫氧化鈉調(diào)節(jié)pH至8（由1.3.1及1.3.2測試確定）。

表1 SCG/（F50/CHSB-35/LSH/MAB）復(fù)配溶液

1.2.3 硬水制備

稱取0.999 g無水氯化鈣，0.74 g無水硫酸鎂充分溶解于1 L蒸餾水中。

1.3 測試方法

1.3.1 去離子水中泡沫體積

將1.2.1和1.2.2配制后的溶液，用去離子水稀釋至配制溶液濃度為2.5 g/L，保溫于（40.0±0.5）℃，30 min后將100 ml稀釋溶液倒入攪拌機(jī)中，攪拌10 s后計時，倒入量筒中泡沫穩(wěn)定5 min后讀數(shù)，20 min后再讀一次，取至少3次誤差在允許范圍的結(jié)果均值作為最后結(jié)果，多次試驗結(jié)果之間誤差不超過5 ml，該泡沫產(chǎn)生方法參考Waring blender攪拌法[6-7]。

1.3.2 硬水中泡沫體積

將1.3.1配制的稀釋液體中加入5%的硬水混合后，保溫、攪拌、讀數(shù)操作均與1.3.1中操作相同。

1.3.3 泡沫半衰期

利用秒表記下泡沫體積為初始泡沫1/2時的時間。

1.3.4 表面張力的測量

將單獨使用的SCG溶液、SCG復(fù)配兩性表面活性劑質(zhì)量配比為20︰10（由1.4.1測試結(jié)果確定）的溶液，溶解于去離子水中，總表面活性劑濃度為10 mg/ml，溫度為（25±0.1）℃，采用環(huán)法測試每組的表面張力。

2 結(jié)果與討論

2.1 泡沫性能

2.1.1 椰油酰甘氨酸鈉泡沫性能的pH響應(yīng)

圖1為15%的SCG不同pH下，在去離子水中、硬水中的泡沫體積以及半衰期。SCG在去離子水中pH為8～9時，泡沫量最大，隨著pH降低，此時SCG主要以質(zhì)子化的形式存在，在體相中聚集趨勢大，界面吸附趨勢降低，因此起泡能力降低[4]。圖2中也顯示了隨著pH降低，SCG外觀逐漸渾濁最終變白，說明質(zhì)子化產(chǎn)物增加。在硬水中，泡沫體積明顯下降，說明SCG的耐硬水的能力較差；當(dāng)pH＝8.0時泡沫體積最大，半衰期最高，穩(wěn)定性最好，故選擇pH＝8.0為接下來的實驗條件之一。

圖1 SCG泡沫性能的pH響應(yīng)

圖2 15%的SCG隨pH變化下的外觀

2.1.2 椰油酰甘氨酸鈉與兩性表面活性劑復(fù)配的泡沫性能探究

圖3～圖6分別為在pH＝8、總活性含量為15%時，SCG與F50、CHSB-35、LSH、MAB不同配比復(fù)配體系在去離子水與硬水中5 min和20 min的泡沫體積。

圖3 SCG/F50復(fù)配體系泡沫性能

圖6 SCG/MAB復(fù)配體系泡沫性能

圖4 SCG/CHSB-35復(fù)配體系泡沫性能

圖5 SCG/LSH復(fù)配體系泡沫性能

由圖3～圖6可知，在去離子水中，SCG︰（F50、CHSB-35）配比為20︰10時，SCG︰LSH＝20︰10、15︰15、10︰20、6︰24時，SCG︰MAB＝24︰6、20︰10、15︰15、10︰20、6︰24時，泡沫量最大，其中SCG︰F50＝20︰10泡沫量最大；復(fù)配后泡沫體積均大于單一體系，由于SCG頭基之間的電性排斥，單一表面活性劑氣液界面上排布并不均勻，有空隙存在，氣體通過這些空隙能夠發(fā)生較快擴(kuò)散，使泡沫很快破裂，當(dāng)加入其他兩性表面活性劑后，這些空隙被占據(jù)，增加界面吸附密度，降低了氣體擴(kuò)散，因而起泡能力增強(qiáng)[8-10]；各配比20 min后泡沫穩(wěn)定性差異不大。

在硬水中，泡沫量明顯減少，隨著兩性表面活性劑添加，泡沫量增多，說明兩性表面活性劑的增加有助于提高復(fù)配體系耐硬水能力；單獨使用SCG的泡沫20 min后全部消失，復(fù)配兩性表面活性劑后沒有發(fā)生該現(xiàn)象，也證明了復(fù)配兩性表面活性劑，可以提高體系的耐硬水性。

2.2 表面張力

通過2.1.2篩選出各組泡沫高度最高的統(tǒng)一復(fù)配比例為20︰10，與單獨SCG表面活性劑溶液對比進(jìn)行不同表面活性劑的表面張力探究。圖7為SCG、SCG與兩性表面活性劑比例為20︰10的復(fù)配體系表面張力隨濃度變化曲線圖。表3中所示為臨界膠束濃度cmc、臨界膠束濃度處表面張力γcmc、Γ、As各項參數(shù)，cmc、γcmc是由測試表面張力的曲線中的拐點處所得。

圖7 SCG、SCG與兩性表面活性劑復(fù)配為20︰10的表面張力

如表2所示，SCG單獨使用時cmc最大，與兩性表面活性劑復(fù)配后cmc減小，進(jìn)一步證實了復(fù)配體系的協(xié)同效應(yīng)，增強(qiáng)了體系的起泡能力[11-12]；SCG︰F50＝20︰10復(fù)配體系的cmc值最小為3.72×10-4mol/L，說明SCG與F50復(fù)配相較于其他表面活性劑可以在最低的濃度達(dá)到有效的發(fā)泡效果。

表2 復(fù)配體系cmc，γcmc參數(shù)

3 結(jié)論

SCG單一使用顯示了泡沫―pH響應(yīng)，耐硬水性較差。SCG與兩性表面活性劑復(fù)配時，協(xié)同作用產(chǎn)生了更高的泡沫性、耐硬水性，質(zhì)量比為20︰10時泡沫量最高。其中與F50復(fù)配時泡沫量最高，體系更溫和。在實際配方開發(fā)中可以結(jié)合上述測試和因素，以協(xié)助增強(qiáng)SCG的泡沫性能、提高泡沫量及泡沫穩(wěn)定性。