窄分布醇醚羧酸鹽與常用表面活性劑的復配性能

徐福利，張 威，王豐收

（上海發凱化工有限公司，上海 201505）

醇醚羧酸鹽（AEC）系列產品是一類具有陰離子和非離子雙重性質的表面活性劑，屬于20 世紀90 年代3 大綠色表面活性劑［1-2］之一，集溫和性、使用安全性、易生物降解性于一體，是目前公認的功能型新產品；尤其是窄分布醇醚羧酸鹽EO 數分布窄，使產品凝膠相區窄、易用性和乳化穩定性好，應用配方流變性質穩定，因此應用領域更加廣泛［3-5］。

長期以來，人們普遍認為陰陽離子表面活性劑不能同時出現在配方中，否則會形成沉淀，失去表面活性，故陰陽離子表面活性劑復配成為行業禁區［6-8］。隨著對表面活性劑的進一步了解，人們發現部分陽離子表面活性劑能夠與陰離子表面活性劑在很稀的溶液中復配，并且能夠產生很好的協同增效作用［9-11］。含有乙氧基鏈的表面活性劑不受陰陽離子表面活性劑復配產生沉淀的困擾［12-13］，這是由于分子中的EO基團具有親水性和位阻效應，抑制了分子間的凝聚和產生沉淀。將這類配方應用于洗滌劑中，不但可以提升抗硬水性，而且具有柔軟和殺菌作用［14-15］。

窄分布醇醚羧酸鹽作為3 大綠色表面活性劑之一［16-19］，本實驗研究窄分布醇醚羧酸鹽（AEC-9Na）與陰離子表面活性劑十二烷基硫酸銨（ALS）、陽離子表面活性劑十八烷基三甲基氯化銨（1831）、兩性表面活性劑椰油酰胺丙基甜菜堿（CAB）及非離子表面活性劑十二/十四烷基葡糖苷（APG1214）復配體系的復配性能及協同作用，以期為改善工業洗滌劑及家用洗滌劑配方、提高產品性能提供一定的參考。

1 實驗

1.1 試劑和儀器

試劑：AEC-9Na（氧化法制備）、APG1214（工業級，上海發凱化工有限公司），ALS［工業級，巴斯夫（中國）有限公司］，1831（工業級，上海亞洲化學品有限公司），CAB（工業級，廣州天賜高新材料股份有限公司），標準圓帆布片（中國日用化學研究院）。

儀器：羅氏泡沫儀（中國日用化學工業研究院），K100 全自動表面張力儀（德國KRüSS 公司），FLUKO均質機FM200（上海弗魯克流體機械制造有限公司），低溫水浴槽（上海衡平儀器儀表廠）。

1.2 表面活性劑復配

將AEC-9Na 分別與ALS、1831、CAB 和APG1214進行復配，攪拌均勻，放置一天后體系均勻。

1.3 測試

表面張力：用Wilhelmy 板法進行測定。復配表面活性劑1%，測試溫度（25±0.01）℃。

泡沫性能：根據GB/T 13173.6—1991《洗滌劑發泡力的測定（Ross-Mile 法）》進行測定。復配表面活性劑0.25%，氯化鈣1 mmol/L，測試溫度50 ℃。通過測定泡沫產生后30 s、3 min、5 min 的泡沫體積確定發泡和穩泡性能。

潤濕性能：采用帆布片沉降法測試。復配表面活性劑1%，在25 ℃下記錄帆布片下沉到底所需的時間。

乳化性能：取0.5%的乳化劑水溶液60 g 倒入燒杯，用移液管移取豆油20 mL 加入其中，放入均質機（探頭二檔，探頭距杯底5 mm）均質90 s，然后倒入100 mL 具塞量筒中，在室溫下記錄不同時刻分出水的體積，計算析水率：

式中，Vi為不同時刻分出水的體積，mL；V0為乳化劑溶液的初始體積，mL。

2 結果與討論

2.1 表面張力

由表1 可看出，AEC-9Na/1831 復配體系的表面張力明顯低于單一表面活性劑AEC-9Na 和1831，當AEC-9Na 質量分數為66.6%時，復配體系表現出較強的表面活性。因為陰陽離子表面活性劑復配，表面活性劑分子在界面富集的過程中異性電荷相互吸引，分子間斥力減小，界面更容易富集表面活性劑分子，吸附的表面活性劑分子排列更緊密，界面張力降低。因此，在具有殺菌作用的洗滌劑中加入一定量的AEC-9Na 作為增效劑，可以有效提升洗滌劑的功效。AEC-9Na/ALS、AEC-9Na/CAB、AEC-9Na/APG1214復配體系的表面張力隨著AEC-9Na 質量分數的增大而增大，復配沒有明顯的協同作用。AEC-9Na 與非離子、兩性離子表面活性劑復配時，由于分子間存在異性電荷以及不解離電荷，隨著AEC-9Na 質量分數的增大，AEC-9Na/CAB、AEC-9Na/APG1214 復配體系的表面張力增大幅度小于AEC-9Na/ALS 復配體系。在產品中加入少量的AEC-9Na 即可改善溫和性和抗硬水性。

表1 復配體系的表面張力

2.2 泡沫性能

由表2 可以看出，在AEC-9Na/ALS 復配體系中，發泡及穩泡性能隨著AEC-9Na 質量分數的增大而逐漸變差，兩者復配沒有協同作用，這是由于兩者均為陰離子表面活性劑，具有相同的極性電荷；在AEC-9Na/CAB 復配體系中，當AEC-9Na 質量分數為0%～66.6%時，發泡及穩泡性能基本相同，因為存在一定量的不同極性電荷，體系表現出一定的協同作用［8］。AEC-9Na/1831、AEC-9Na/APG1214 復配體系的泡沫性能表現出明顯的協同增效作用。其中，AEC-9Na/1831 復配體系在AEC-9Na 質量分數為66.6%時發泡及穩泡性能均最強。這是因為此時復配體系的表面張力最小，形成泡沫所需要的表面功最小，易于形成泡沫，所以復配體系的發泡和穩泡性能明顯好于單一表面活性劑。而AEC-9Na/APG1214 復配體系在AEC-9Na 質量分數為33.3%時發泡及穩泡性能協同增效作用最強。這是由于糖苷分子在陰離子表面活性劑分子之間降低了AEC-9Na 之間的排斥力，形成了排列緊密的復合膜，使泡沫具有較好的穩定性。AEC-9Na 與陽離子表面活性劑、非離子表面活性劑復配的泡沫協同作用最強，可能是由于兩者協同作用方式不同。烷基葡糖苷耐硬水性較差，在泡沫性能測定中，單一烷基葡糖苷水溶液渾濁，在體系中加入少量窄分布醇醚羧酸鹽能夠有效提高耐硬水性。

表2 復配體系的泡沫性能

2.3 潤濕性能

復配體系的潤濕性能見表3。

表3 復配體系的潤濕性能

由表3 可以看出，單一的AEC-9Na 及1831 潤濕性能極差，在10 min 內均不潤濕，而將兩者復配后，協同效應非常明顯。當復配體系中AEC-9Na 質量分數為66.6%時，潤濕作用最顯著。這是由于陰陽離子表面活性劑混合時，由于正負電荷作用更加強烈，離子間相互作用形成絡合物，新絡合物不同于原單一表面活性劑，表面活性顯著提高，改善了液體對固體表面的潤濕性能，由不潤濕變為潤濕［8］。AEC-9Na/APG1214 復配體系在潤濕性能上表現出較弱的協同作用，在AEC-9Na 質量分數為25.0%時，潤濕性能與單一表面活性劑相比有小幅增強。而AEC-9Na/ALS及AEC-9Na/CAB 復配體系的潤濕性能沒有明顯的協同作用，兩者在復配體系中的解離電荷相同或相似，復配相當于兩者的簡單混合，因此兩復配體系的潤濕時間隨著AEC-9Na 質量分數的增大均逐漸變長，最終形成不潤濕體系。因此，產品中可以使用少量AEC-9Na來改善產品溫和性。

2.4 乳化性能

由表4 可看出，AEC-9Na 與ALS、CAB、APG1214復配后，復配體系的乳化性能比單一表面活性劑都要差，復配沒有表現出協同增效作用，因此AEC-9Na不宜與ALS、CAB、APG1214 同時應用在乳化劑配方中。這是因為在乳化過程中，復配體系必然在油粒界面發生吸附形成界面膜，由于電荷極性相同，斥力較強，并且不同種類表面活性劑分子間產生空間效應，阻止分子相互靠近，形成非緊密排列的混合膜，同時復配體系的表觀黏度較小，降低了膜強度，使乳化性能變差。AEC-9Na/1831 復配體系在乳化性能方面具有明顯的協同作用，在AEC-9Na 質量分數為66.6%時，乳化效果及乳液穩定性均最好。這是由于在乳化過程中對體系做功增加了總能量，以界面能形式保存在體系中，同時，乳液是不穩定的熱力學體系，需要降低油水界面張力，而復配體系的界面張力最小，最大程度地降低了體系界面能。

表4 復配體系的乳化性能

3 結論

在AEC-9Na/1831 復配體系中，當AEC-9Na 質量分數為66.6%時，表面張力、潤濕性能、泡沫性能、乳化性能均最好。而AEC-9Na/APG1214 復配體系在泡沫性能上增效作用明顯，在AEC-9Na 的質量分數為33.3%時，發泡及穩泡性能最好，在潤濕性能方面協同作用不明顯。AEC-9Na/ALS 及AEC-9Na/CAB 復配體系在泡沫性能和潤濕性能方面沒有協同增效作用，在乳化性能方面表現出相反的作用，乳化性能更差，因此在乳化劑中不宜同時應用。