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        幾種N-月桂?;被徕c的性能比較

        2022-08-09 03:02:42王振州鄭文瑞胡學一李華山
        中國洗滌用品工業(yè) 2022年7期
        關鍵詞:去污力?;?/a>活性劑

        王振州 鄭文瑞 胡學一 方 云* 孫 洋 李華山

        1. 江南大學化學與材料工程學院,江蘇無錫,214122;

        2. 南京華獅新材料有限公司,江蘇南京,210009

        表面活性劑因其在溶液中與界面處的潤濕、乳化、泡沫、增溶和自組裝等獨特物理化學性質而被廣泛應用于工農業(yè)生產,是目前最具代表性的化工產品之一[1,2]。隨著科技飛速發(fā)展和人們對高品質生活需求的不斷提高,表面活性劑正向充分利用天然可再生資源、易生物降解及對人體和環(huán)境均友好的方向發(fā)展[3,4]。N-酰基氨基酸型表面活性劑源于油脂和氨基酸等可再生資源[5,6],具有良好的低毒性、生物降解性和低刺激性等性質和性能,已被用于醫(yī)藥、食品、化妝品和個人洗護用品等與生命健康相關的產品領域[7-10]。

        目前常見的商品?;被嵝捅砻婊钚詣┲饕蠳-月桂酰基甘氨酸鈉(SLGly)、N-月桂?;彼徕c(SLAla)、N-月桂?;“彼徕c(SLSar)和N-月桂?;劝彼徕c(SLGlu)等。雖然它們的性能已被廣泛報道[11-14],但由于樣品來源不同或研究方法不同,引起部分結果不同或沖突。例如,Nirav Raykundaliya等[12]報道SLGly的起泡性與SLSar相當,穩(wěn)泡性顯著優(yōu)于后者,而許虎君等[14]報道SLGly的起泡性略遜于SLSar,穩(wěn)泡性卻不如后者;Nirav Raykundaliya等[12]還報道SLGly對礦物油的乳化性遠優(yōu)于SLSar,而洪玉倩等[13]的結果表明兩者十分接近。

        本文合成并提純了上述四種市場常見N-月桂酰基氨基酸鈉,對其克拉夫特點(Tk)、鈣離子穩(wěn)定性(CS)、泡沫力(FA)、潤濕力(W)、乳化力(EP)和去污力(D)等性能進行比較研究,以期為其合理應用提供參考。

        1 實驗

        1.1 材料與儀器

        月桂酰氯(99.0%),豐益油脂科技有限公司;L-丙氨酸(99%)、甘氨酸(99%)、月桂酸鈉(99%)、NaOH(98%)、醋酸鈣(98%)、石油醚(60~90℃)和乙酸乙酯(99.5%),上海泰坦科技股份有限公司;谷氨酸單鈉(99%)和肌氨酸(98%),北京伊諾凱科技有限公司;鹽酸(AR),國藥集團化學試劑有限公司;大豆油,食品級,益海嘉里食品有限公司;月桂基聚氧乙烯醚硫酸鈉(AES,w =70%),沙索(中國)化學有限公司;超純水,采用美國Millipore Synergy UV超純水系統(tǒng)自制;帆布(21支8股×21支8股),青島瑞昌紡織品有限公司;JB-01人工模擬混合油污布、JB-02多種蛋白污布和JB-03人工皮脂污布,荷蘭Center for Testmaterials BV公司;立式去污試驗機,上海銀澤儀器設備有限公司;全自動白度儀(WSD-3),北京康光儀器有限公司。

        1.2 合成方法

        將0.2 mol氨基酸、100 ml去離子水和0.2 mol NaOH依次加入250 ml四口燒瓶中,攪拌均勻后在15~20 ℃下2 h內緩慢加入0.17 mol月桂酰氯,同時用30 wt% NaOH溶液調節(jié)體系pH至10~12,然后在該溫度下繼續(xù)劇烈攪拌反應6 h;用6 mol/L的鹽酸酸化至pH為2,經乙酸乙酯萃取、旋轉蒸發(fā)、石油醚洗滌、甲醇重結晶,并經中和及干燥得到N-月桂?;被徕c。反應通式如圖1所示。

        1.3 分析方法

        1.3.1 克拉夫特點

        用冰鹽浴將1 wt%的表面活性劑溶液冷卻至-4 ℃,澄清者的克拉夫特點Tk(℃)記為<0 ℃;混濁者緩慢升溫至澄清的溫度記為其Tk。

        圖1 合成N-月桂酰基氨基酸鈉的反應通式

        1.3.2 鈣離子穩(wěn)定性

        參考文獻[15]方法測定表面活性劑的鈣離子穩(wěn)定性CS(mg CaCO3/L)。在100 ml燒杯中加入40 ml 0.5 wt%的表面活性劑溶液,在25 ℃和磁力攪拌下緩慢加入1 wt%醋酸鈣溶液,觀察燒杯底部的四號漢字“正”直至剛剛變模糊,記錄消耗醋酸鈣溶液的體積,按照式1計算CS。

        式1中:VCa(AC)2―消耗醋酸鈣的體積(ml);100―CaCO3的相對分子質量;158―醋酸鈣的相對分子質量。

        1.3.3 泡沫力

        參考GB/T 13173―2021[16],采用Rose-Miles法測定0.25 wt%表面活性劑在150 mg/L硬度水中的泡沫力,分別記錄剛滴完溶液后不同時間的泡沫高度(FA,mm)。每組樣品重復測定3次,取平均值。

        1.3.4 潤濕力

        參考GB/T 11983―2008[17],測定表面活性劑的潤濕力(W,s)。在1 L燒杯中裝入1 L 0.1 wt%的表面活性劑溶液,恒溫至25 ℃后浸入用魚鉤鉤住的直徑為30 mm的帆布圓片(0.38~0.39 g),記錄圓片從浸入至沉到燒杯底部的時間。每組樣品重復測定10次,取平均值。

        1.3.5 乳化力

        參考文獻[18]測定表面活性劑的乳化力(EP,s)。在100 ml具塞量筒中加入40 ml的1 wt%的表面活性劑溶液和40 ml大豆油,恒溫至25 ℃后上下劇烈振蕩10次,記錄振蕩后靜置至下層析出10 ml水所需要的時間。每組樣品重復測定5次,取平均值。

        1.3.6 去污力

        參考GB/T 13174―2021[19]測定表面活性劑的去污力(D)。在標準缸中裝入用250 mg/L硬水配制的0.2 wt%表面活性劑溶液,恒溫至25 ℃后加入6片標準污布,在120 轉/min的轉速下洗滌20 min,漂洗,晾干。記錄污布洗滌前后的白度差,取平均值。

        2 結果與分析

        2.1 克拉夫特點

        表面活性劑的克拉夫特點(Tk)列于表1。四種酰基氨基酸表面活性劑的克拉夫特點均比月桂酸鈉低,這是由于氨基酸頭基的親水性更佳;此外,SLAla、SLSar和SLGlu的克拉夫特點與低溫水溶性好的AES一樣均小于0 ℃,表明此三者可在低溫環(huán)境中使用。

        2.2 鈣離子穩(wěn)定性

        表面活性劑的鈣離子穩(wěn)定性(CS)也列于表1。SLAla、SLSar和SLGlu的鈣離子穩(wěn)定性均較SL高,且均>200 mg CaCO3/L,表明此三者可在礦化度較低的地區(qū)使用。而SLGly和SL的鈣離子穩(wěn)定性均較低,需考慮配合鈣皂分散劑使用。此外,SLGlu的鈣離子穩(wěn)定性高達458 mg CaCO3/L,略高于自來水國家標準的最高水硬度指標(450 mg CaCO3/L)[20],這與SLGlu分子中的雙羧基及其相連的3個亞甲基或次甲基組成的結構具有耐受鈣離子的性質相關[21]。

        表1 表面活性劑的克拉夫特點和鈣離子穩(wěn)定性

        2.3 泡沫力

        表面活性劑的泡沫力(FA)結果如圖2所示。SLAla和SLSar在硬水中的泡沫力遠優(yōu)于SL,這歸功于前兩者更高的鈣離子穩(wěn)定性。雖然SLGlu的鈣離子穩(wěn)定性最高,然而雙羧基促進更大的分子吸附面積(amin=93.8 ?2)[22]而致其在界面上排列松散,不利于穩(wěn)定的泡沫膜形成,因而其泡沫不佳。SLAla的起泡性和穩(wěn)泡性可與AES相媲美,因而在需要高泡的潔膚和潔發(fā)領域中具有應用潛能;SLSar的起泡性比AES更優(yōu),但其穩(wěn)泡性卻遠不及AES,這是由于甲基取代酰胺上的氫而破壞了分子間氫鍵,從而削弱短程吸引和表面活性劑層的剛性及彈性[23],因而SLSar在需要高起泡且低穩(wěn)泡的礦物浮選領域具有應用潛能。

        圖2 表面活性劑的泡沫力

        2.4 潤濕力

        表面活性劑的潤濕力(W)結果如圖3所示。SLGly、SLAla和SLSar的潤濕力遠優(yōu)于SL,這得益于氨基酸頭基更佳的親水性;SLSar表現(xiàn)出最佳潤濕力,這可能與甲基取代酰胺鍵上的氫而削弱分子間氫鍵[23]并增加分子的疏水性相關;SLGlu的潤濕力不及另三種N-月桂?;被徕c,并與SL相當,可能與其較大的分子吸附面積相關。

        圖3 表面活性劑的潤濕力

        2.5 乳化力

        表面活性劑對大豆油的乳化力(EP)結果見圖4。四種N-月桂酰基氨基酸鈉的乳化力均優(yōu)于SL,其中SLSar最優(yōu)的原因是甲基取代酰胺鍵上的氫使分子支鏈化和疏水化。

        2.6 去污力

        圖4 表面活性劑的乳化力

        表面活性劑的去污力(D)結果見圖5。SLGly、SLAla和SLSar對三種標準污布的去污效果良好,并與SL接近,這與其具有良好的潤濕性和乳化性有關,有利于去除棉織物上的污漬;SLGlu的潤濕性和乳化性均不佳,其親水性太強導致對三種標準污布的去污力最差。

        圖5 表面活性劑的去污力

        3 結論

        合成、純化并比較研究了N-月桂?;拾彼徕c(SLGly)、N-月桂?;彼徕c(SLAla)、N-月桂?;“彼徕c(SLSar)和N-月桂?;劝彼徕c(SLGlu)的應用性能,在本文研究范圍內得出如下主要結果和結論。①SLGly、SLAla、SLSar和SLGlu四種產品的水溶性均比月桂酸鈉(SL)好,其中SLAla、SLSar和SLGlu的低溫水溶性更好,有利于在低溫下使用。②SLGlu的鈣離子穩(wěn)定性高達458 mg CaCO3/L,適用于高礦化度地區(qū);SLAla和SLSar的鈣離子穩(wěn)定性>200 mg CaCO3/L,適用于礦化度較低的地區(qū);而SLGly的鈣離子穩(wěn)定性僅為65 mg CaCO3/L,與皂類似,需考慮配合鈣皂分散劑使用。③SLAla的起泡性和穩(wěn)泡性與AES相媲美,在需要高泡的潔膚和潔發(fā)領域中具有應用潛能;SLSar的起泡性優(yōu)而穩(wěn)泡性差,在礦物浮選領域具有應用潛能。④潤濕性好和乳化力佳的SLGly、SLAla和SLSar均具有較好的去污力,而潤濕性差和乳化力欠佳的SLGlu的去污力較差。

        縮寫詞表AES D FA SLAla SLGly Tk月桂基聚氧乙烯醚硫酸鈉去污力泡沫力N-月桂?;彼徕cN-月桂?;拾彼徕c克拉夫特點CS EP SL SLGlu SLSar W鈣離子穩(wěn)定性乳化力月桂酸鈉N-月桂?;劝彼徕cN-月桂?;“彼徕c潤濕力

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