N-月桂酰基氨基酸鈉的性能研究

洪玉倩 史立文 耿二歡 陶華東 毛雪彬 李伏益 雷小英 葛 贊

（ 贊宇科技集團(tuán)股份有限公司， 浙江杭州，310030）

近年來，隨著消費(fèi)者對(duì)環(huán)境保護(hù)和生物安全性意識(shí)的提高，開發(fā)和使用環(huán)境友好的表面活性劑日益受到世界各國(guó)的重視[1]。氨基酸系列表面活性劑具有溫和、低毒、良好的生物降解性、較好的配伍性及抗菌性等特點(diǎn)[2]，廣泛應(yīng)用于護(hù)膚品、沐浴露、洗面奶、洗滌劑和牙膏等日用化學(xué)品配方中，還可用于食品添加劑、金屬加工和生物醫(yī)藥等行業(yè)中[3-5]。國(guó)外研究起步早，工業(yè)化生產(chǎn)相對(duì)成熟，如日本味之素、美國(guó)陶氏等均有一定的產(chǎn)量。國(guó)內(nèi)的需求量也在日益增長(zhǎng)，廣州天賜、南京華獅、廣州百孚潤(rùn)等亦有生產(chǎn)[6-8]。隨著氨基酸表面活性劑報(bào)道的增多，下游產(chǎn)業(yè)群體需要對(duì)比它們的各項(xiàng)性能，篩選出符合產(chǎn)品需求的氨基酸表面活性劑。

本課題主要研究了N-月桂酰基丙氨酸鈉（SLA）、N-月桂酰基肌氨酸鈉（SLS）、N-月桂酰基谷氨酸鈉（ULS）、N-月桂酰基甘氨酸鈉（YLS）這4種氨基酸表面活性劑的表面張力、泡沫、潤(rùn)濕、乳化、去污、凍點(diǎn)等性能。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 主要試劑與儀器

SLA和SLS，30%，工業(yè)級(jí)，贊宇科技集團(tuán)股份有限公司；ULS和YLS，30%，工業(yè)級(jí)，南京華獅化學(xué)品有限公司。

K100全自動(dòng)表面張力儀，德國(guó)KRüSS；DSA100光學(xué)接觸角測(cè)量?jī)x，德國(guó)KRüSS；R-2000動(dòng)態(tài)泡沫測(cè)試儀，德國(guó)SITA；THCD-15循環(huán)低溫恒溫水浴鍋，寧波天恒儀器廠；RHLQ-II立式去污機(jī)，上海銀澤儀器設(shè)備有限公司；YQ-Z-48B白度顏色測(cè)定儀，杭州輕通博科自動(dòng)化技術(shù)有限公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 表面張力

采用去離子水將SLA、SLA、ULS、YLS分別配制成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5%的水溶液，在25℃下用K100全自動(dòng)表面張力儀測(cè)定表面張力（a ）。表面張力越小，表示表面活性越高。

1.2.2 接觸角

采用250mg/kg硬水將SLA、SLA、ULS、YLS分別配制成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.1%的水溶液，并用DSA100光學(xué)接觸角測(cè)量?jī)x分別測(cè)定每個(gè)樣品水溶液的接觸角。接觸角越小，表示越易鋪展，潤(rùn)濕能力越好。

1.2.3 潤(rùn)濕性能

采用去離子水將SLA、SLA、ULS、YLS分別配制成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.2%的水溶液，并按國(guó)標(biāo)GB/T11983-2008帆布沉降法測(cè)定潤(rùn)濕力。潤(rùn)濕時(shí)間越短，表示潤(rùn)濕性能越好。

1.2.4 凍點(diǎn)

將試樣置于恒溫水浴鍋中，初始溫度25℃，每隔2小時(shí)降低1℃，直至析出。析出溫度即為凍點(diǎn)。

1.2.5 泡沫性能

采用150 mg/kg的硬水將SLA、SLS、ULS、YLS 4種氨基酸表面活性劑分別配制成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.02%的活性物水溶液，以備泡沫性能測(cè)試。動(dòng)態(tài)泡沫儀參數(shù)：溫度25℃；溶液進(jìn)樣量250mL；攪拌次數(shù)40次；攪拌時(shí)間10s/次；轉(zhuǎn)速：1000r/min；穩(wěn)泡時(shí)間15min。

1.2.6 去污性能

采用250 mg/kg的硬水將SLA、SLA、ULS、YLS分別配制成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.02%的水溶液，采用國(guó)標(biāo) GB/T 13174-2003方法測(cè)定去污性能。測(cè)定溫度（30±1）℃，時(shí)間20min。

1.2.7 乳化力

取40 mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.1%的水溶液至具塞量筒中，再加入40 mL的植物油或礦物油。用手捏緊塞子，上下猛烈振動(dòng)5下，靜置1min，重復(fù)5次后立即用秒表記錄時(shí)間。此時(shí)水油兩相逐漸分開，當(dāng)水相分出10mL時(shí)，記錄時(shí)間。作為乳化力的相對(duì)比較，時(shí)間越長(zhǎng)表示乳化力越強(qiáng)[9]。

2 結(jié)果與討論

2.1 表面張力

可以降低水溶液的表面張力是表面活性劑的重要性質(zhì)。表面張力越低，鋪展和潤(rùn)濕性能越強(qiáng)。當(dāng)液體的表面張力小于需要被潤(rùn)濕物體的潤(rùn)濕臨界表面張力（ac）時(shí)，就能在物體表面自行鋪展，即潤(rùn)濕物體[10]。常見織物纖維的潤(rùn)濕臨界張力都在30mN/m以上，如腈綸44mN/m、氨綸46mN/m、聚酯纖維43mN/m。用表面張力儀測(cè)定這4種表面活性劑的表面張力，結(jié)果如表1所示，SLA、SLS、YLS和ULS 4種氨基酸表面活性劑的表面張力都較小，具有較高的表面活性，分別為29.68、26.09、25.18和23.6mN/m，都低于常見織物纖維的潤(rùn)濕臨界表面張力，可以比較容易達(dá)到完全潤(rùn)濕。

表1 表面張力

2.2 接觸角

接觸角反映的是潤(rùn)濕的程度，其角度越小，潤(rùn)濕程度越好。4種氨基酸表面活性劑的接觸角分析結(jié)果如表2所示。ULS的接觸角最小，潤(rùn)濕程度最好；YLS和ULS的接觸角較小，易于鋪展?jié)櫇瘢瑵?rùn)濕程度較好。

表2 接觸角

2.3 潤(rùn)濕性能

在25℃下，用帆布沉降法測(cè)定四種氨基酸表面活性劑的潤(rùn)濕性能，結(jié)果如表3所示。

表3 潤(rùn)濕性能

這4種氨基酸表面活性的潤(rùn)濕力都較強(qiáng)，其中ULS使帆布沉降所需的時(shí)間最短，潤(rùn)濕性能最好；SLS和YLS使帆布沉降時(shí)間接近，潤(rùn)濕水平相當(dāng)；SLA的沉降時(shí)間最長(zhǎng)，潤(rùn)濕力較前三者略低。結(jié)合2.1和2.2中的結(jié)果，發(fā)現(xiàn)這4種氨基酸表面活性劑在表面張力、潤(rùn)濕力和接觸角這3項(xiàng)性能上保持一致的趨勢(shì)，即表面張力越小，潤(rùn)濕力越強(qiáng)，接觸角越小。

2.4 凍點(diǎn)

表面活性劑的凍點(diǎn)可以反映其在低溫條件下的穩(wěn)定性。實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表4。從表4可知，4種氨基酸表面活性劑的凍點(diǎn)都較低，SLA、SLS和YLS的凍點(diǎn)分別為5℃、0℃和8℃，在長(zhǎng)時(shí)間低溫條件下具有一定的穩(wěn)定性。其中ULS的凍點(diǎn)最低，可以達(dá)到零度以下，低溫穩(wěn)定性最好。

表4 凍點(diǎn)

2.5 泡沫性能

起泡力及泡沫穩(wěn)定性是衡量表面活性劑泡沫性能的兩個(gè)重要指標(biāo)[11]，采用動(dòng)態(tài)泡沫測(cè)試儀測(cè)定SLA、SLA、ULS、YLS這4種氨基酸表面活性劑的泡沫性能，其中發(fā)泡性能如圖1所示，穩(wěn)泡性能如圖2所示，4種氨基酸表面活性劑的泡沫高度都較低，屬于低泡表面活性劑。其中SLA發(fā)泡性能最好，最大泡沫高度可達(dá)到260mm；穩(wěn)泡性能均較差，其中ULS在1min后泡沫高度就降低到0mm。

圖1 發(fā)泡性能

圖2 穩(wěn)泡性能

氨基酸表面活性劑在單體泡沫性能上較差，但發(fā)泡與洗滌效果之間并沒有直接的相對(duì)應(yīng)關(guān)系[10]。正因?yàn)樵撎攸c(diǎn)，氨基酸表面活性劑適用于低泡型洗滌劑的，滿足低泡、易漂洗、低殘留等要求，也可以與其他表面活性劑復(fù)配改善洗滌劑的泡沫性能[3]。

2.6 去污性能

SLA、SLS、ULS、YLS 4種氨基酸表面活性劑的去污性能結(jié)果如表5所示。在對(duì)皮脂和碳黑污布的去污性能的表現(xiàn)中，4者的去污值都低于標(biāo)準(zhǔn)洗衣液，去污能力并不特別突出。其中SLS和ULS的水平接近，SLA和YLS也相差不大且較SLS和ULS的水平略高。

2.7 乳化力

表面活性劑使水和油兩種互不相溶的液體變成乳狀液的能力稱為乳化力。乳化力是表面活性劑的一個(gè)重要性質(zhì)，表面活性劑在分散相中合適的溶解度是決定乳液穩(wěn)定性的重要因素。4種氨基酸表面活性劑的乳化性能實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖3。4種氨基酸表面活性劑在大豆油中都表現(xiàn)出了良好的乳化性能，其中YLS的乳化力最強(qiáng)，明顯優(yōu)于其他三者；ULS次之，SLS最末；在液體石蠟中四者的乳化力也體現(xiàn)出了這一趨勢(shì)。

圖3 乳化性能

表5 去污性能

3 結(jié)論

3.1 SLA、SLS、ULS、YLS 4種氨基酸表面活性劑表面張力都較低，表面活性高，接觸角小，潤(rùn)濕力強(qiáng)，對(duì)于一般常見的織物纖維可以比較容易達(dá)到完全潤(rùn)濕；

3.2 SLA、SLS、ULS、YLS 4種氨基酸表面活性劑都屬于低泡表面活性劑，穩(wěn)泡性差；適用于低泡型洗滌劑產(chǎn)品；

3.3 SLA、SLS、ULS、YLS 4者都具有較低的凍點(diǎn)，具有良好的低溫穩(wěn)定性能。其中ULS的凍點(diǎn)可以達(dá)到零度以下；

3.4 SLA、SLS、ULS、YLS 4者對(duì)皮脂和碳黑污布的去污能力都低于標(biāo)準(zhǔn)洗衣液。其中SLS和ULS的去污水平接近，且較SLA和YLS略差；

3.5 SLA、SLS、ULS、YLS都在大豆油中表現(xiàn)出了良好的乳化性能，YLS的乳化力最強(qiáng)，ULS次之，SLS最末；在液體石蠟中的乳化力也表現(xiàn)出了這一趨勢(shì)。

綜上所述，這4種氨基酸表面活性劑表面活性高、凍點(diǎn)較低、潤(rùn)濕力強(qiáng)、乳化性能好；但泡沫性能和去污能力不突出，適用于低泡型產(chǎn)品。因此，N-酰基氨基酸鈉是一類表面性能優(yōu)良的表面活性劑，而且對(duì)環(huán)境友好，溫和不刺激，可廣泛用于日化產(chǎn)品及其他領(lǐng)域中。