高雙鍵保留率油醇硫酸鹽的性能研究

凌婷，李萍，畢玉婷，楊效益，李建波，郭朝華，姜兆禮

(中國日用化學工業研究院，山西 太原 030001)

脂肪醇硫酸鹽是一種性能優良的陰離子表面活性劑，不同碳鏈長度的脂肪醇硫酸鹽具有不同優異的應用性能[1-2]。碳鏈長度在C12～C14之間的脂肪醇硫酸鹽對降低溶液表面張力的效果較好[3-4]。碳鏈長度為C14～C16的脂肪醇硫酸酯鹽具有較好的去污力[5]，C16～C18的脂肪醇硫酸鹽具有優良的洗滌性[6]。然而長碳鏈飽和烷基硫酸酯鹽溶解性較低，Krafft點較高，從而限制其廣泛的應用[7-8]，通過引入支鏈、不飽和鍵及相關的親水基團可以有效降低Krafft點，能夠較好地滿足洗滌工業發展的要求。

本文通過對OSS、SOS-77、SOS-95三種表面活性劑性能進行對比研究，考察了雙鍵的引入及高雙鍵保留率對油醇硫酸鹽性能的影響。

1 實驗部分

1.1 原料與儀器

OSS、SOS-77、SOS-95均為中國日用化學工業研究院實驗室自制；液體石蠟，分析純；大豆油，食用級；標準帆布，由上海紡織工業技術研究所提供。

MBM-RI改進羅氏泡沫儀；RHLQⅢ立式去污機；WSD-Ⅲ白度儀；Y151纖維摩擦系數儀；UV-1601掃描電子顯微鏡。

1.2 實驗方法

1.2.1 Krafft點測定 配制質量分數為1.0%的樣品溶液，于-20 ℃ 冰箱中放置1 d后，使用循環恒溫水浴，保持升溫速率為1 ℃/min，觀察溶液由渾濁變澄清時的溫度即為Krafft 點。

1.2.2 乳化性測定 25 ℃下，配制40 mL 0.1%的樣品溶液置于碘量瓶中，加入40 mL液體石蠟/大豆油，上下劇烈搖晃5次，靜置1 min，重復5次。第5次搖晃結束時迅速倒入100 mL 具塞量筒，記錄乳液析出10 mL水所用的時間，時間越長，則樣品與液體石蠟/大豆油所形成的乳液穩定性越好。平行實驗3次，取平均值。

1.2.3 潤濕性能測定 根據國標GB/T 11983—2008對樣品潤濕力進行測定。25 ℃下，將棉布圓片用浸沒夾夾住，浸入1 g/L樣品溶液中，當棉布片完全浸入液面以下時立即啟動秒表，當棉布片開始下沉時，停止計時，記錄棉布圓片從浸沒到開始沉降所需的時間，時間越短，則潤濕性越好。平行實驗10次，取平均值。

1.2.4 泡沫性能測定 根據國標GB/T 7462—1994對樣品進行發泡性能的測定。配制2.5 g/L 的樣品溶液 (稀釋用水采用3 mmol/L Ca2+硬水)，50 ℃ 下，使用羅氏泡沫儀，通過記錄0，30，60，180，300，600，1 200 s的泡沫高度來測定樣品的發泡性及穩泡性。平行實驗3次，取平均值。

1.2.5 去污性能測定 根據國標GB/T 13174—2021進行樣品去污性能測定。30 ℃下，將碳黑(JB-01)、皮脂(JB-03)兩種標準污布置于1 g/L樣品溶液中，用立式去污機以120/min的轉速洗滌 30 min，干燥，測量洗滌前后污布白度值的變化。平行測試3次，取平均值。通過對比樣品溶液相對標準洗滌劑(B)的去污值(P)大小來評價去污力，P=Ri/R0，其中Ri為樣品溶液洗滌前后的白度差，R0為標準洗滌劑洗滌前后的白度差。

1.2.6 柔順性能測定 25 ℃ 下，將棉線浸泡于 1 g/L 樣品溶液中，測量棉線浸泡前后的摩擦系數。平行測試15次，分別去掉2組極大值和極小值后取平均值。使用熱場發射掃描電子顯微鏡觀察棉線表面形態。

2 結果與討論

2.1 Krafft 點

由表1可知，OSS、SOS-77、SOS-95 的Krafft點分別為(52±2)，(32±2)，(13±2)℃，可以看出雙鍵的引入可以降低表面活性劑的Krafft點，且雙鍵含量越高，油醇硫酸鹽Krafft點越低，這是因為雙鍵的存在可以提高表面活性劑的溶解度[9]，從而具有更低的Krafft 點，這有利于提高其應用的廣泛性。

表1 OSS、SOS-77和SOS-95的Krafft 點Table 1 Krafft points of OSS，SOS-77 and SOS-95

2.2 乳化性

乳化作用是在一定的外力作用下使不混溶的兩種液體形成具有一定穩定性的液液分散體系，該分散體系稱為乳狀液，是一種熱力學不穩定體系[10]。由圖1可知，OSS、SOS-77及SOS-95與大豆油乳化時間分別為1 178，1 084，1 036 s；與液體石蠟乳化時間分別為637，576，545 s，表明雙鍵的引入導致乳液穩定性變差，且雙鍵保留率越高，乳液穩定性越差。這是由于高雙鍵保留率使SOS-95的碳鏈及分子量低于OSS及SOS-77，導致SOS-95分子與油相的相互作用減弱[11]，從而不利于乳液的穩定性。

圖1 乳化性Fig.1 Emulsibility

2.3 潤濕性

潤濕性能是衡量洗滌劑性能的重要標準，其在紡織、造紙、農藥等領域具有廣泛的用途。由于紡織物的表面積較大，潤濕達到平衡所需的時間較長。因此在考慮潤濕性能時，潤濕速度是一重要因素，潤濕速度越快，潤濕性能越好。通過對比標準帆布片在1 g/L OSS、SOS-77、SOS-95溶液中的潤濕時間(圖2)可知，SOS-95溶液對帆布片的潤濕時間為216 s，相較于SOS-77及OSS具有較好的潤濕性能，這是由于較高的雙鍵含量降低了疏水鏈的長度，提高SOS-95表面活性劑分子在水溶液的擴散速率，從而提高潤濕速率[12]。

圖2 潤濕性Fig.2 Wettability

2.4 泡沫性

在工業應用中，特別是石油化工行業，大量表面活性劑被用作發泡劑以增強石油的采收率[13]，同時泡沫在礦物浮選及滅火等領域均具有特殊的用途。對于表面活性劑體系泡沫性能的評價主要包括起泡性及穩泡性，起泡力指泡沫形成的難易程度及生成泡沫量的多少，泡沫的穩定性指生成泡沫的持久性。由圖3a可知，OSS、SOS-77、SOS-95的起泡高度分別為153，172，288 mm，結合圖3b中各表面活性劑泡沫高度隨時間變化曲線的斜率表明：SOS-95具有較好的起泡性及良好的穩泡性。泡沫穩定性與液膜強度、排液快慢有關，而液膜強度取決于表面活性劑分子在氣-液界面分子層內排列的緊密程度[13-14]，SOS-95吸附于氣液界面時，不飽和烷基鏈更易于直立于界面上，有利于增強界面處的堆積密度，提高液膜強度，降低泡沫的濾水率[15]，從而使其具有較好的穩泡能力。

圖3 起泡性(a)和穩泡性(b)Fig.3 Foamability(a) and foaming stability(b)

2.5 去污性

去污力是評價表面活性劑能否用于洗滌產品的基本指標之一。表面活性劑在洗滌過程中主要起到以下兩方面作用：①降低液-液界面以及固-液界面之間的界面張力，改善水在固體表面的潤濕性；②通過靜電相互作用使污垢更容易從表面上洗下來，又基于表面活性劑的兩親性使從固體表面脫離的污垢分散在水中，達到去污的效果[10，16]。分別測試OSS、SOS-77及SOS-95對標準污布JB-01(圖4a)和JB-03(圖4b)的去污性能，其相對于標準洗滌劑的去污值見表2。

圖4 去污性能比較Fig.4 Comparison of detergency performance a.JB-01；b.JB-03

表2 OSS、SOS-77和SOS-95的P值Table 2 The P value of OSS，SOS-77 and SOS-95

由圖4和表2可知，SOS-95對JB-01及JB-03的P值均高于OSS及SOS-77，且SOS-95對JB-01的P>1，說明SOS-95的洗滌效果優于標準洗滌劑。

2.6 柔順性

評價表面活性劑對織物柔順性能的傳統方法為觸摸法，按照光滑、柔軟、刺癢等標準邀請不同的人進行打分[17]。但是此方法帶有一定的主觀誤差，本實驗通過浸泡法將市售棉線浸泡于OSS、SOS-77、SOS-95表面活性劑樣品溶液中，待完全干燥后通過測定浸泡前后棉線與金屬的摩擦系數來判定表面活性劑溶液的柔順性能，摩擦系數變化率越大則說明柔順效果越好，利用場發射掃描電鏡對棉線的微觀形態進行了觀察，經浸泡后棉線越光滑，說明柔順效果越好[18]。通過對比發現，SOS-95樣品溶液浸泡后的棉線摩擦系數變化率較大(圖5a)，棉線表面相對光滑(圖5d)，因此SOS-95表面活性劑具有較好的柔順性。

圖5 柔順性測定Fig.5 Flexibility determination a.摩擦系數變化率；b.棉線浸泡前微觀形態； c.棉線浸泡于SOS-77樣品溶液后微觀形貌； d.棉線浸泡于SOS-95樣品溶液后微觀形貌

3 結論

高雙鍵保留率的SOS-95性能優異，與相同碳鏈長度的OSS及低雙鍵保留率的SOS-77相比，不僅具有較低的Kraft點，較好的起泡性及穩泡性，同時也具有良好的潤濕性、去污性、柔順性等，有望應用于低溫產品配方及低溫洗滌領域。