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