冷配型酯基季銨鹽陽離子表面活性劑

鮑 亮，姚永麗，羅 綱，王嘉樹

贏創德固賽特種化學（上海）有限公司-家居護理部 上海 201108

織物，尤其是天然纖維織物，在反復洗滌的過程中，其微纖維容易斷裂。在洗滌過程中，機械摩擦產生的靜電增加了纖維之間的摩擦力，阻止了纖維之間的自由滑動。當我們的皮膚接觸到這種織物的時候，就會感覺澀和硬，給人以粗糙的感覺。柔軟物質通過吸附在纖維表面，使纖維更加順滑，從而降低纖維之間的摩擦力，提高纖維的集束力，減少靜電，給我們表皮以柔滑的感覺。而且，柔軟劑的使用，可以降低滾筒干燥過程中由于織物間的機械摩擦對織物造成的損壞，從而延長衣物的使用壽命；此外它還可以減少織物表面褶皺的形成，使織物更易于熨燙[1]。

最適用于作為織物柔軟劑的原料主要是雙長鏈基團的陽離子表面活性劑。1955年，美國最先將雙（氫化牛油基）二甲基氯化銨（DHTDMAC）作為柔軟劑成分用于家居織物護理中[2]。此后，又相繼研發了雙烷基酰胺型和雙烷基酰胺咪唑啉陽離子表面活性劑織物柔軟劑。上述柔軟劑雖然具有很好的柔軟性和抗靜電性，但會產生一些環境問題，如水環境中的毒性，在有氧或無氧條件下的可生物降解性和水生物體內的累積性[3]。酯基季銨鹽織物柔軟劑是最先開發的具有可生物降解性的柔軟劑，它可以配制成高活性物的產品。由于酯基在廢水處理中極易被微生物分解而迅速降解為C16～C18的脂肪酸和分子較小的陽離子代謝物，因此，酯基季銨鹽具有優異的生物降解，在歐洲獲得大量應用。其商品名如：SYNPROLAMFS和REWOQUAT[4]。

通常用于織物柔軟劑的陽離子表面活性劑在常溫為固體或膏狀，在配制過程中需要加熱。而當今，低碳、環保、節能、減排已成為各行各業可持續發展的需要。因此，在符合環保要求的同時，開發出常溫為液態并且能在低溫條件下穩定分散的陽離子表面活性劑，可以減少原料在運輸、儲存過程中需要保溫而造成的能量消耗；避免原料長期高溫儲存可能產生的色變；取消生產過程中原料和水預熱及降溫工序，節約能源、縮短生產時間（傳統酯基季銨鹽和冷配型酯基季銨鹽在配制柔軟劑的生產時間對比如圖1所示），符合柔軟劑行業可持續發展的需要。REWOQUAT?WE 45是一種新型的可生物降解的酯基型陽離子表面活性劑，在室溫（25℃）呈液態，并且在室溫下具有良好的分散性。此外，它還可以配制成濃縮型的產品，符合新清潔行業提倡濃縮化的要求[5]。因此，REWOQUAT?WE 45無疑滿足新型綠色柔軟劑發展的需要。同時，本課題還就它處理后織物的柔軟性，蓬松度、再潤濕性和抗靜電性等進行了測試。

1. 實驗部分

1.1 儀器、試劑和材料

主要儀器及材料：PC68高阻計（上海精密科學儀器有限公司）、漂洗器、白色短毛小毛巾（30cm×30cm，約44g/塊）、白色聚酯布（平紋機織面料，經線235±5根/10cm，緯線205±5根/10cm）、皂粒（干鈉皂含量≥54%）

主要試劑：雙烷基酯基陽離子表面活性劑：REWOQUAT?WE 45 (EVONIK)、REWOQUAT?WE 18 E (EVONIK)；雙烷基陽離子表面活性劑：D1821、ADOGEN?442 (EVONIK)；酰胺基陽離子表面活性劑：VARISOFT?222 LM (EVONIK)；咪唑啉陽離子表面活性劑：VARISOFT?3690（EVONIK）。

1.2 實驗方法

1.2.1 織物柔軟性的評價方法

通常，織物柔軟劑柔軟性的評價方法包括主觀評價法和客觀評價法。主觀評價通常是由評價人員通過手感對織物柔軟性的優劣給予評分，并以一定的數理統計方法得出評價結果[6]。這種方法和衣物穿著過程中，身體皮膚對織物的感覺是一致的。實驗中將各種陽離子表面活性劑配置成活性物含量為5%的柔軟劑，然后用1%濃度的柔軟劑溶液處理毛巾后，用主觀評價法來比較這幾種陽離子表面活性劑的柔軟性能。

1.2.2 織物蓬松度測試方法

將每5塊白色毛巾分成一組，各組毛巾的總重量差值在±0.5g內。將每組毛巾分別對折、重疊，測量毛巾的初始堆疊高度H0。然后將每組毛巾分別用不同陽離子表面活性劑配置的柔軟劑處理后，測試其堆疊高度H1。最后計算毛巾處理前后堆疊高度的差值，即H1-H0，差值越大，說明該織物的蓬松度越好。

1.2.3 織物的再潤濕性測試

參考標準QB/T 4309 《衣物柔順劑再潤濕性能的測定》，通過測定水沿毛細管上升一定高度所需的時間，對不同陽離子表面活性劑制成的柔軟劑的再潤濕性能進行測試。

1.2.4 織物抗靜電性測試

參考標準GB/T 16801《織物調理劑抗靜電性能的測定》。織物選用白色聚酯布（平紋機織面料，經線235±5根/10cm，緯線205±5根/10cm），用PC 68型高阻計測定織物處理后的表面比電阻降低或表面比電阻對數值降低來評價織物柔軟劑抗靜電性的優劣。

2. 結果與討論

目前市場上常用來作為柔軟劑的陽離子表面活性劑主要有雙十八烷基型（DHTDMAC）、雙烷基酰胺型、雙烷基酰胺咪唑啉型和雙烷基酯基型。實驗中也挑選了這四種不同類型的陽離子，分別對它們的柔軟性、蓬松度、潤濕性、抗靜電性等性能進行了測試。

2.1 柔軟性

織物柔軟性的評價方法選擇主觀評價中的秩位法[7]，即選取5位以上感覺靈敏，具有豐富經驗的評價人員，通過手感觸摸各試樣，并對其柔軟性進行排序，柔軟性最好的則秩位數最小，最后由總的秩位數決定織物柔軟性的優劣。總秩位數越小，織物柔軟性越好[6]。評定結果如表1所示。

由表1可以看出，經不同陽離子表面活性劑處理的織物的柔軟性對比結果為：S6＞S1＞S2＞S5＞S3＞S4，即冷配型酯基季銨鹽REWOQUAT?WE 45(S5)所處理的織物的柔軟性比雙烷基型季銨鹽(ADOGEN?442(S1)和D1821(S2))和高溫型酯基季銨鹽(REWOQUAT?WE 18 E(S6))處理的織物差，但優于酰胺基季銨鹽(VARISOFT?222 LM(S3))和咪唑啉季銨鹽(VARISOFT?3690(S4))處理的織物。

2.2 蓬松度

柔軟劑處理的織物不僅要讓皮膚接觸時有滑爽的感覺，而且還能給人以蓬松、豐盈的手感，所以課題中還對不同陽離子表面活性劑處理的織物的蓬松度進行了測試比較。測試結果如表2所示。

由表2可以看出織物蓬松度的測試結果為：S3＞S5＞S4＞S2=S6＞S1，即REWOQUAT?WE 45處理后的織物的蓬松度僅次于酰胺基季銨鹽VARISOFT?222 LM處理后的織物，優于其他類型的陽離子柔軟劑處理后的織物。

2.3 再潤濕性測試

表1 織物柔軟性主觀評定結果

表2 織物蓬松度測試結果

由于纖維本身一般都帶負電荷，陽離子表面活性劑通過正負離子的化學結合及其他的物理作用，可以很好地吸附于纖維表面，形成疏水基朝外的排列，從而賦予織物柔軟、滑爽的手感，改善了織物的抗靜電性，但同時也降低了織物的吸水性，使衣物的再潤濕性能變差，降低了織物的穿著服用性。因此，如何提高處理織物的再潤濕性能，也是柔軟劑產品開發過程中要考慮的技術問題。

織物的再潤濕性通常用毛細管效應來衡量。織物毛細管效應是指測定水在織物上的擴散速度，即測定水沿毛細管上升的高度，以一定時間上升的高度或上升一定的高度所需的時間來表示。本課題按照標準QB/T 4309的規定對不同陽離子柔軟劑處理后的織物的再潤濕性進行了測試，測試結果如圖2所示。

由圖2可以看出，用酯基季銨鹽處理的織物和雙烷基季銨鹽（DHTDMAC）處理的織物相比，潤濕時間大大縮短。這是因為其結構中含有酯基，降低了其疏水基團的疏水性，此外，硫酸甲酯銨比氯化銨的親水性強，這些結構使得酯基季銨鹽表現出比雙烷基季銨鹽（DHTDMAC）更好的再潤濕性。因此，冷配型酯基季銨鹽REWOQUAT?WE 45處理的織物也表現出優異的再潤濕性能。

2.4 抗靜電性測試

織物，尤其是合成纖維織物（如滌綸）在干燥、穿著等過程中由于摩擦容易產生靜電，所產生的靜電使纖維容易起毛，甚至起球、吸灰、玷污，用其制作的服裝太貼身，使人感覺不舒服[8]。陽離子表面活性劑帶有正電荷，而大多數纖維表面帶負電荷，當陽離子表面活性劑吸附在織物表面時，由于相反電荷的中和，降低了織物表面的靜電；同時，處理后的織物表面更加順滑，降低了織物表面的摩擦系數，減少織物表面因摩擦而產生的靜電。

此外，不同的陽離子表面活性劑，其處理的織物的抗靜電性能也不同。本課題對各種類型的陽離子表面活性劑的抗靜電效果進行了測試，測試方法參照GB/T 16801，測試結果用織物表面比電阻對數值降低來表示，結果如圖3所示。

由圖3可以看出，REWOQUAT?WE 45的抗靜電性能最好，其次是REWOQUAT?WE18E ，VARISOFT?3690 和VARISOFT?222 LM，最差的是ADOGEN?442和D1821。這是因為陽離子表面活性劑的親水性能越好，就越能加快處理后的織物上的靜電荷逸散速度，因此其處理的織物抗靜電性也越好。

2.5 不同類型陽離子表面活性劑其他性能比較

此外，文中還對不同陽離子表面活性劑的生物降解性[9]、配置溫度、使用濃度范圍進行了比較，結果如表3所示。

由表3可見，冷配型酯基季銨鹽陽離子表面活性劑REWOQUAT?WE 45和REWOQUAT?WE 18 的生物降解性優于其他品種，前者配制溫度低，可使用的溫度25℃，較低。

3. 結論

表3 不同類型陽離子表面活性劑比較

隨著技術和應用的發展，人們發現作為柔軟劑原料的每一種陽離子表面活性劑都有其優缺點，沒有一個產品在各方面都是最理想的，而實驗也證實了這一點。然而，隨著人類對自身的生存環境越來越重視，環保、低碳、節能、減排已成為各行業發展的主導。消費者的環保意識越來越強，他們越來越傾向于購買有綠色環保標志的產品。織物清潔護理行業也不例外，在當今，無磷化已經深入人心，而濃縮化、易生物降解也正得到大力倡導。冷配型酯基季銨鹽陽離子表面活性劑REWOQUAT?WE 45具有不錯的應用性能，而且其易生物降解；在生產過程中無需加熱，常溫即可完成配置，節約生產時間，減少能量消耗；此外，它還可以配置成濃縮化產品，減少了運輸和包裝成本。因此，REWOQUAT?WE 45符合當今提倡的新清潔行業可持續發展的需要，在未來的發展中具有廣闊的應用前景。

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