吳 磊，王瑩利，朱紅軍，王利民，石 玉，丁 徽

(1.鄭州輕工業(yè)學院材料與化學工程學院，河南鄭州 450002;2.河南省水產(chǎn)技術推廣站，河南鄭州 450008;3.華東理工大學化學分子工程學院，上海 200237;4.上海虹久企業(yè)發(fā)展有限公司，上海 201100;5.河南省道純化工技術有限公司，河南鄭州 450002)

在綠色浪潮席卷全球的今天，以天然可再生資源開發(fā)的溫和、無毒、性能優(yōu)異的新型環(huán)境友好型表面活性劑已成為當今表面活性劑領域的發(fā)展方向。20世紀90年代發(fā)展起來的以淀粉衍生物葡萄糖和油脂衍生物高級脂肪醇為原料制得烷基糖苷(APG)就是典型的代表，已在眾多工業(yè)領域廣泛應用［1-4］。在表面活性劑分子中引入特性基團，使表面活性劑具有多功能性，是目前表面活性劑發(fā)展的一種趨勢［5-6］。有研究表明，通過對烷基糖苷(APG)活性基團季銨化而制得的一類陽離子型烷基糖苷表面活性劑(CAPG)，是一種綠色新型功能性陽離子表面活性劑，它秉承了原有烷基糖苷的綠色、天然、低毒、低刺激的性能，同時兼具陽離子表面活性劑的特殊性能，可廣泛應用于化妝品、纖維加工、皮革化工、食糖精練、醫(yī)療和工農(nóng)業(yè)殺菌、農(nóng)藥、礦物浮選、有機合成等領域［7-12］。近年來，日本、美國等非常重視該類產(chǎn)品的研發(fā)，申請了相關專利，并已成功應用于日常洗浴用品中，但是國內(nèi)對于此類的產(chǎn)品研究較少［13-16］。

本文主要對Gemini型陽離子烷基糖苷表面活性劑(G-CAPG)的表面性能和應用性能進行了考察，以期為該類產(chǎn)品的進一步開發(fā)應用提供參考。本研究選取的Gemini型陽離子烷基糖苷(GCAPG)結構如下:

1 實驗部分

1.1 主要試劑及儀器

Gemini型陽離子烷基糖苷(G-CAPG)、APG、CAB、1231、BS-12，河南省道純化工技術有限公司;LAS，實驗室自制。

JK99B型全自動表面張力儀，上海中晨數(shù)字技術設備有限公司;2151型羅氏泡沫儀，上海隆拓儀器設備有限公司;RHLQ-Ⅱ立式去污試驗機，中國日用化學工業(yè)研究院;JJ-3恒溫電動攪拌器;GX-2005超級恒溫水浴鍋;PX 250B-Z型恒溫培養(yǎng)箱;X51TR-32FB3F01高壓蒸汽滅菌鍋。

1.2 性能測定

表面張力的測定:wilhelmy法;潤濕力的測定:帆布沉降法;泡沫性能的測定:改進 Ross-Miles法;去污力的測定:GB/T6368-1993;乳化力的測定:量筒法;Krafft點的測定:目測法;復配性能:透光率法;殺菌性能:平板擴散法測定;生物降解性能:半連續(xù)活性污泥法。

2 結果與討論

2.1 表面活性

表面活性劑降低水的表面張力的能力是評價其表面活性的重要參數(shù)。本研究用Wilhelmy板法對產(chǎn)品的表面張力及cmc進行了測定，結果見圖1。

圖1 表面張力與濃度的關系

由圖1中可知，G-CAPG的臨界膠束濃度cmc為0.12 mmol/L，在臨界膠束濃度下的表面張力γcmc為30.2 mN/m。本研究并選取了其它常見表面活性劑進行對比，結果見表1。

表1 不同表面活性劑的cmc及表面張力

由表1可以看出，G-CAPG具有很高的表面活性，這是因為Gemini表面活性劑兩個離子頭基是靠聯(lián)接基團連接的，由此造成了兩個離子頭的緊密連接，致使其碳氫鏈間更容易產(chǎn)生強的范德華引力，即加強了表面活性劑的疏水作用，這是導致Gemini表面活性劑具有高表面活性的根本原因。

2.2 Krafft點

Krafft點是衡量表面活性劑水溶性的重要指標，只有當溫度大于Krafft點時，表面活性劑才能形成膠團而表現(xiàn)出活性，Krafft點越低，越有利于發(fā)揮表面活性劑的效能。配制質(zhì)量分數(shù)1%的試樣水溶液于裝有溫度計的透明試管中，慢慢冷卻，在冷卻時變渾濁加熱又變澄清時的溫度即為該物質(zhì)的Krafft點。進行3次平行試驗，取平均值，得G-CAPG的Krafft點為-4.41℃，表明該表面活性劑通過陽離子基團的引入，其水溶性更好，溫度適用范圍更廣。

2.3 泡沫性能與去污性能

通過配制系列不同濃度的硬水，在35℃，分別測得LAS、CAB以及G-CAPG的泡沫性能和去污性能，結果見表2。

表2 同表面活性劑的泡沫性能和去污性能

表2可以看出，G-CAPG在軟水和硬水中的起泡力和泡沫穩(wěn)定性均要好于常見的陰離子表面活性劑(LAS)和兩性表面活性劑(CAB)，表現(xiàn)出很好的抗硬水性。而且通常陽離子表面活性劑的去污性能較差，但是G-CAPG在硬水中還表現(xiàn)出較優(yōu)異的去污性能。

2.4 滲透性能與乳化性能

25℃測得G-CAPG在不同pH值的滲透時間和乳化時間，結果如表3所示。

表3 不同表面活性劑的滲透和乳化時間

一般情況下，因為陽離子表面活性劑的親水基帶正電荷，易于與帆布片結合，使疏水基向外，降低了水對帆布片的潤濕能力，因此潤濕性能下降，但是因為G-CAPG分子中含有兩個糖基，其上帶有較多的羥基，因此其潤濕能力并未下降;另外由于其兩個長鏈疏水劑的存在，表面活性較好，使其具有優(yōu)良的乳化能力。

2.5 復配性能

將G-CAPG和LAS按照不同的比例混合，振蕩使其混合均勻，于室溫下靜置24 h，用紫外可見分光光度計檢測溶液的透光率，進而判斷溶液的穩(wěn)定性，結果見表4。

表4 復配體系在不同濃度下的透光率

由表4可以看出，當體系的物質(zhì)的量比＜0.6∶1和≥2時不同濃度下溶液的透光率均大于90%，由此可以看出復配體系在很大的范圍內(nèi)可以穩(wěn)定存在，表現(xiàn)出很好的穩(wěn)定性。

為進一步驗證其復配性能，采用Wilhelmy板法，25℃下測定cmc、γ，并測定其去污力，結果見表5。

表5 GAPG/LAS不同物質(zhì)的量比復配溶液的復配性能

由表5可以看出，復配體系的cmc明顯比單一組分的cmc低得多，而且復配體系的表面張力有明顯的降低。

2.6 烷基糖苷季銨鹽的殺菌性能

殺菌實驗采用平板擴散法測定，菌種采用自己培養(yǎng)的金黃色葡萄球菌、桿狀菌、大腸桿菌和曲霉菌，以硫酸鏈霉素作為參比，接觸時間為10 h。GCAPG對各種菌種的最小抑菌濃度見表6。

表6 GAPG對細菌和真菌的最小抑菌濃度

結果表明，G-CAPG對這幾種菌種均有不同程度的殺滅作用，其中對桿狀菌和大腸桿菌的殺滅作用較好。

2.7 生物降解性能

生物降解度是指有機物在一定環(huán)境中經(jīng)過一定時間后剩余有機物的含量 (質(zhì)量濃度ρ，mg/L或COD)占初始有機物的含量(質(zhì)量濃度ρ，mg/L或COD)的百分比。測定不同時間G-CAPG的生物降解度，得到其降解曲線如圖2所示。

圖2 G-CAPG生物降解曲線

由圖2可知，10d內(nèi)G-CAPG的生物降解度達到94.8%以上。說明該物質(zhì)具有優(yōu)異的生物降解性能。

3 結論

性能測試表明，25℃，G-CAPG的cmc為0.12 mmol/L，γcmc為 30.2 mN/m，Krafft點為 -4.41 ℃，表面活性較好。應用性能研究表明，G-CAPG保持了APG優(yōu)異的泡沫性能和去污能力，且?guī)缀醪皇芩捕鹊挠绊?滲透和乳化性能優(yōu)于常見的陰、陽離子和兩性表面活性劑;與 LAS復配時，當 n(GCAPG)∶n(LAS)＜0.6或 n(G-CAPG)∶n(LAS)＞2.0時，溶液的透光率均大于90%，當 n(GCAPG)∶n(LAS)=0.5∶1時，其去污值達到 66.01%，其水溶液的表面張力達到27.3 mN/m;對桿狀菌和大腸桿菌的殺菌作用良好;10 d內(nèi)生物降解度達到94.8%以上，生物降解性能較好。這些性能表明G-CAPG具有很好的工業(yè)開發(fā)價值。

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