α-烯基磺酸鈉在酸性體系中的增稠性能研究

文青松

成都嘉鵬科技有限公司，四川成都，610000

α-烯基磺酸鈉是一種典型的陰離子表面活性劑，有較好的乳化力、去污力、發(fā)泡力和鈣皂分散力，極易溶于水，耐酸、耐堿，對硬水不敏感，對皮膚刺激性小，與酶有較好的相容性和良好的生物降解性[1]，目前已成為廣泛使用的表面活性劑之一，受到洗滌行業(yè)的青睞。

市售的酸性清潔劑一般選擇鹽酸、磷酸等無機酸復(fù)配酸性增稠劑或選擇氨基磺酸、檸檬酸、草酸等有機酸復(fù)配高分子聚合物或黃原膠等多糖類增稠劑來獲得良好的黏稠外觀和掛壁效果[2]，直接用α-烯基磺酸鈉來增稠的鮮有報道。

本文以α-烯基磺酸鈉作為研究對象，研究其在常見的幾種無機酸和有機酸中的增稠性能，以期為實際應(yīng)用提供一定的數(shù)據(jù)參考。

1 實驗部分

1.1 儀器與原料

NDJ-1型旋轉(zhuǎn)黏度計，上海維菱科學(xué)儀器有限公司；電子稱，中山市匯寶電子衡器有限公司；HH-6型數(shù)顯恒溫水浴鍋，金壇區(qū)西城新瑞儀器廠；冰箱，伊萊克斯（中國）電器有限公司。

α-烯基磺酸鈉（AOS，含量92%），中輕化工股份有限公司；鹽酸（分析純），成都市科隆化學(xué)品有限公司；硫酸（分析純），成都市科隆化學(xué)品有限公司；磷酸（含量85%），淮安龍升化工有限公司；氨基磺酸（含量99.5%），蘇州雋良化工有限公司；一水檸檬酸（食品級），山東英軒實業(yè)股份有限公司；羥基乙酸（含量70%），廣州市忠高化工有限公司；未加碘食用鹽（含量99.9%），四川久大蓬萊鹽化有限公司；無水硫酸鈉（含量99%），四川同慶南風(fēng)有限責(zé)任公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 樣品準備

先將一定量的AOS溶于去離子水中，然后加入酸劑并攪拌溶解成透明液體，用消泡劑消去泡沫，直接制成500 g待測樣品或添加無機鹽并完全溶解后制成500 g待測樣品；將制好的待測樣品放于冰箱或水浴鍋中調(diào)節(jié)溫度至25 ℃，最后放置于25 ℃的空調(diào)間待測。

實驗中，若無特別說明，AOS及酸劑的添加量均按表1中的質(zhì)量百分數(shù)執(zhí)行。

表1 樣品的質(zhì)量組分配比

1.2.2 樣品黏度的測定

在25 ℃的條件下，用旋轉(zhuǎn)黏度計測定。

2 結(jié)果與討論

2.1 AOS在不同酸性溶液中的增稠性能

由表2可知，樣品中只有A1與A2為黏稠液體，其他10個樣品均為稀液。實驗結(jié)果顯示，在相同條件下，AOS在鹽酸和硫酸溶液中有自增稠作用，在磷酸、氨基磺酸、草酸、檸檬酸、羥基乙酸及其他幾種酸復(fù)配溶液中均無增稠作用。表明AOS在鹽酸和硫酸溶液中比在其他酸性溶液中更容易形成聚集數(shù)更大或體積更大的膠束，從而使溶液表現(xiàn)出黏稠的外觀。

表2 AOS在不同酸性溶液中的增稠情況

2.2 鹽酸添加量對鹽酸體系黏度的影響

在表面活性劑溶液中，表面活性劑濃度不大和體系中離子強度不太高時，表面活性劑以單個分子或球狀膠束在溶液中存在，此時溶液黏度較低，接近水的黏度。但溶液中表面活性劑的濃度或離子強度增加到一定值時，可能形成線形柔性棒狀膠束，溶液黏度會急劇增加[3]。在本實驗中鹽酸溶液的離子強度較大，能促進AOS在溶液中由球狀膠束向棒狀膠束轉(zhuǎn)化，使運動阻力增大，表現(xiàn)出自增稠現(xiàn)象[4]。由圖1可知，固定AOS質(zhì)量濃度為10%時，隨著鹽酸質(zhì)量濃度的增加，體系的黏度不斷增大；當鹽酸添加量為15%時，黏度達到峰值。之后繼續(xù)加入鹽酸，黏度開始下降，當鹽酸加量到25%時，AOS會從鹽酸溶液中析出分層，此時溶液黏度極速下降到300 mPa·s以下。實驗表明，AOS對鹽酸有一定的耐受能力，當鹽酸用量到達20%以后失去耐受能力。

圖1 不同鹽酸添加量時體系黏度的變化情況

2.3 AOS添加量對鹽酸體系黏度的影響

AOS作為溶液中膠束生成的核心物質(zhì)，其添加量對體系黏度的影響較大。固定鹽酸質(zhì)量濃度為15%時，隨著AOS的用量不斷增加，黏度呈直線式上升，在本實驗范圍內(nèi)，AOS添加量與體系黏度為近似正比關(guān)系（圖2）。

圖2 不同AOS添加量時體系黏度的變化情況

2.4 氯化鈉在單一酸性體系中的增稠性能

在相同工藝條件下，考察了添加氯化鈉時，AOS在5種不同酸劑中的增稠情況（圖3）。其中磷酸體系的增稠效果最好，最高黏度高達18 000 mPa·s；其次是氨基磺酸與硫酸體系，最高黏度也在6 000 mPa·s以上；最差的為草酸、檸檬酸和羥基乙酸體系，最高黏度均在4 500 mPa·s以下。

圖3 不同氯化鈉添加量時，單一酸性體系的黏度變化情況

2.5 硫酸鈉在單一酸性體系中的增稠性能

從圖4可知，在鹽酸、磷酸、氨基磺酸和草酸的體系中，添加硫酸鈉時能明顯促進體系增稠。盡管AOS在鹽酸的體系中能自增稠，但是添加硫酸鈉時，仍能提高溶液的黏度。圖4中的檸檬酸與羥基乙酸體系的兩條黏度變化曲線幾乎重合且更靠近橫坐標軸，表明硫酸鈉對檸檬酸與羥基乙酸體系增稠較為困難，最大黏度不到500 mPa·s。由于鹽酸體系中含有大量氯離子，在添加一定量的硫酸鈉后，與圖3中的情況類似，溶液黏度先上升后下降。其他幾種酸性體系的黏度隨硫酸鈉的添加量增加而不斷增加，在實驗范圍內(nèi)未出現(xiàn)最高點，其中氨基磺酸與磷酸體系的黏度達到了35 000 mPa·s以上的超高黏度。對比圖3與圖4中的黏度變化曲線可知，氯化鈉在AOS的強酸體系中增稠用量相對較少，但更容易出現(xiàn)黏度峰值且易發(fā)生鹽析效應(yīng)，硫酸鈉對AOS的強酸體系黏度提高更加明顯且添加量也更大，不易出現(xiàn)最大黏度峰值。

圖4 不同硫酸鈉添加量時，單一酸性體系的黏度變化情況

2.6 氯化鈉在復(fù)配酸性體系中的增稠性能

在AOS濃度不變的條件下，考察了檸檬酸、羥基乙酸與磷酸和氨基磺酸復(fù)配體系的黏度受氯化鈉添加量的影響情況。由圖5可以看出，隨著氯化鈉用量增加，5個體系的黏度均先升高，到達最高點后開始下降，最后突然消失。實驗表明，5個復(fù)配酸性體系與單一酸性體系有一樣的變化規(guī)律，均受到氯化的鹽析作用影響，使AOS析出分層的同時黏度下降到底點。其中磷酸+羥基乙酸、氨基磺酸+羥基乙酸體系的增稠能力最強；氨基磺酸+檸檬酸、磷酸+檸檬酸體系的增稠能力次之；羥基乙酸+檸檬酸體系的增稠能力最差。

圖5 不同氯化鈉添加量時，復(fù)配酸性體系的黏度變化情況

2.7 硫酸鈉在復(fù)配強酸體性系中的增稠性能

在AOS濃度不變的條件下，考察了檸檬酸、羥基乙酸與磷酸和氨基磺酸復(fù)配體系的黏度受硫酸鈉添加量的影響情況。由圖6可知，5個復(fù)配酸性體系與單一酸性體系有相同的變化規(guī)律，隨著硫酸鈉添加量增加，體系的黏度不斷增大，在實驗范圍內(nèi)沒有黏度峰值出現(xiàn)。對比圖5可以看出，硫酸鈉對復(fù)配酸性體系的增稠性能的影響規(guī)律與氯化鈉相似，具體表現(xiàn)為：磷酸+羥基乙酸、氨基磺酸+羥基乙酸體系的增稠能力最強，氨基磺酸+檸檬酸、磷酸+檸檬酸體系的增稠能力次之，羥基乙酸+檸檬酸體系的增稠能力最差。

圖6 不同硫酸鈉添加量時，復(fù)配酸性體系的黏度變化情況

3 結(jié)論

（1）α-烯基磺酸鈉在鹽酸和硫酸溶液中能夠使體系自增稠而獲得較好的黏稠外觀，向體系中添加氯化鈉或硫酸鈉時，能促使黏度進一步提高。在實際使用中，可以通過添加氯化鈉和硫酸鈉來減少硫酸或鹽酸的用量。

（2）α-烯基磺酸鈉不能使磷酸、氨基磺酸、草酸、檸檬酸和羥基乙酸等其他酸或其復(fù)配物的溶液增稠，但可以通過加入氯化鈉或硫酸鈉來促進體系增稠。

（3）在α-烯基磺酸鈉存在的條件下，加入檸檬酸和羥基乙酸復(fù)配磷酸或氨基磺酸等強酸后，添加氯化鈉或硫酸鈉能使體系增稠性能提高；其中羥基乙酸體系比檸檬酸體系增稠性能提高更明顯。

（4）α-烯基磺酸鈉在酸性體系中對硫酸鈉的耐受能力強于氯化鈉。