n-SAA提高脂肪酸鈉鹽洗凈力的效果

n-SAA提高脂肪酸鈉鹽洗凈力的效果

考察了非離子表面活性劑（n-SAA）提高脂肪酸鈉洗凈力的效果，添加n-SAA能提高月桂酸鈉和肉豆蔻酸鈉對人工棉污布的洗凈力，與只添加堿性助劑相比，添加酰基氧化胺能顯著提高脂肪酸鈉的洗凈力。

脂肪酸鈉； n-SAA；洗凈力；表面活性劑混合體系

以脂肪酸鈉為主要成分的肥皂很早就被人們用于洗凈目的，現在，脂肪酸鈉大量應用于身體洗凈劑和衣料用洗滌劑中。肥皂的生物降解性優良、價格低廉，是非常有用的洗凈劑。但是，除了低溫溶解性差外，肥皂還存在易與水中的鈣鎂離子形成難溶性皂垢的問題。為此，研究者開發出了配合肥皂改質劑（各種螯合劑和耐硬水的表面活性劑）的復合皂。

在肥皂的基本物性中，關于單一烷基鏈長脂肪酸鈉的數據有很多，但關于單一烷基鏈長脂肪酸鈉洗凈力的評價則很少，由JIS規定的洗凈力實驗的指標皂粉：油酸、硬脂酸、棕櫚酸的鈉鹽混合物得到的洗凈力，是各種脂肪酸鈉的的綜合洗凈力。

本研究采用單一烷基鏈長的脂肪酸鈉，用人工污布評價了烷基鏈長改變對單獨脂肪酸鈉體系洗凈力的影響，并討論了在脂肪酸鈉中添加30%的各種n-SAA，對提高脂肪酸鈉洗凈力的作用。

1 實驗

1.1 實驗材料

碳黑采用日本油化學會的洗凈力實驗指定的碳黑，黏土用日本粉體工業技術協會提供的試驗用dust11種，其他試劑使用市售一級及特級的試劑。各種脂肪酸鹽、氧化胺和月桂酰二乙醇酰胺以外的表面活性劑（SAA）由日本花王株式會社、川研精化株式會社、三菱化學食品株式會社、阪本藥品工業株式會社提供。有長鏈烷基的各種氧化胺和月桂酰二乙醇酰胺按照山村伸吾等人報道的方法合成。

1.2 實驗材料的簡稱

本研究使用的脂肪酸鹽采用以下簡稱。

LNa：月桂酸鈉，MNa：肉豆蔻酸鈉，PNa：棕櫚酸鈉，SNa：硬脂酸鈉，OINa：油酸鈉。

本研究使用的表面活性劑采用以下簡稱：

LDEA：月桂酰二乙醇酰胺；LDG：月桂酸聚甘油（10）酯；MDG：肉豆蔻酸聚甘油（10）酯；OIDG：油酸聚甘油（10）酯；LPOE：聚氧乙烯月桂基醚；LSPOE：聚氧乙烯（20）山梨醇單月桂酸酯；OIPOE：聚氧乙烯基醚；OISPOE：聚氧乙烯（20）山梨醇單油酸酯，L3AO：月桂酰胺丙基二甲基氧化胺；L6AO：月桂酰胺己基二甲基氧化胺；M3AO ：肉豆蔻酰胺丙基二甲基氧化胺；OI3AO：油酰胺丙基二甲基氧化胺。

1.3 洗凈力評價方法

1.3.1 人工污布的制作

人工污布A按照JIS C 9606電動洗衣機中使用的、由洗滌科學協會制作的濕式人工污布，人工污布B是干式人工污布，表1是各種人工污布的污垢組成情況。人工污布按照以下方法做成。實驗布是JIS L 0803（平紋細棉布3號）的白布，尺寸10cm×40cm，肉豆蔻酸6.64g，油酸6.64g，三硬脂酸甘油酯6.64g，三油酸酯6.64g，硬脂酸膽甾醇酯0.88g，固體石蠟（mp48～50℃）4.40g，角鯊烯4.40g，膽甾醇3.52g，碳黑0.48g，粘土（日本關東壚坶）39.76g，溶解于4kg氯仿溶液中，在連續自動染污機中染制2次，在25℃放置3周后，切成10cm×10cm大小的人工污布，然后用同樣的白布切出與污布同樣數量的干凈白布，測定污布的白度，作為洗凈力判定的材料。

表1 人工污布A和B的污垢組成

1.3.2 洗凈力試驗

在500mL蒸餾水中加入0.50g實驗用洗滌劑和0.20g碳酸鈉完全溶解，然后添加500mL洗凈力實驗用硬水（CaCl2180mg，MgCl259.4mg/L，或者CaCl2354.0mg，MgCl2178.2mg/L），制成實驗用溶液，分別加入5塊人工污布和5塊白布，在Terg-O-Tometer型洗凈實驗機上洗滌10min，洗滌溫度25℃，然后用日本大阪市的1L自來水在同樣的洗滌條件下漂洗2次，每次3min，待污布干燥后，用熨斗燙平進行白度測定。洗凈率及布的白度按照下面的公式計算：

洗凈率=（RW-RS）/（Ro-RS）×100%

Ro：原白布的白度；RS：污布的白度；RW：污布洗凈后的白度。

布的白度用Lab系的亨特白度（W）表示：

W=100-{（100-L）2+（a2+b2）}1/2

L：明度

為了探討不同表面活性劑的洗凈力，本研究未使用螯合劑等洗滌助劑；由于不添加堿性助劑難以確定脂肪酸鈉的洗凈力，因而本研究采取添加碳酸鈉的方式，進行脂肪酸鈉洗凈力的評價。

2 結果及考察

2.1 用人工污布A、B評價各種脂肪酸鈉的洗凈力

由于洗凈力受污垢種類、纖維種類、溫度和洗滌水硬度等因素的影響，本研究采用人工污布，洗凈溫度、洗滌劑組成以外的洗凈條件，參照日本工業標準JIS K 3362規定的實驗法。

為了考察脂肪酸鈉中添加n-SAA的效果，本研究預先評價了單獨脂肪酸鈉體系的洗凈力，同時考察了脂肪酸鈉的親油基對脂肪酸鈉洗凈率的影響，實驗結果見圖1。

圖1 脂肪酸鈉對污布A和污布B的洗凈力（25℃）

在實驗測定的鏈長脂肪酸鈉范圍內，人工污布B比人工污布A的洗凈率高，但在只添加碳酸鈉的場合，洗凈率與空白樣相差無幾。作為親油基的烷基鏈，鏈長增加，脂肪酸鈉的洗凈力增加，SNa在25℃的洗凈溫下溶解性很差，因而比同樣鏈長的OlNa的洗凈力低。從洗凈力實驗結果來看，烷基鏈長最短的LNa最低，OlNa的洗凈力最高。

2.2 脂肪酸鈉與各種n-SAA混合體系的洗凈力

在用人工污布A評價脂肪酸鈉和n-SAA混合體系的洗凈力時，首先評價了在碳酸鈉存在的條件下，各種n-SAA單獨體系的洗凈力，圖2是實驗結果，烷基是月桂酰基、肉豆蔻酰基、油酸基的聚甘油脂肪酸酯（LDG、MDG、OlDG）和LSPOE有比較低的洗凈力，其他的n-SAA有比較高的洗凈力。

圖2 n-SAA對污布A的洗凈力（25℃）

圖3、圖4、圖5和圖6是LNa、MNa、PNa、SNa與各種n-SAA混合體系的洗凈力評價結果。因為LNa單獨體系的洗凈力僅有50%，因而添加n-SAA提高洗凈力的效果明顯，全部n-SAA與LNa混合體系的洗凈力均高于LNa單獨體系的洗凈力（圖3）。特別是在添加酰胺型氧化胺（L3AO、L6AO、M3AO）的場合，洗凈力均達到了70%以上，比LNa單獨體系的洗凈率高30%以上。OlDG單獨體系的洗凈率不高（圖2），因而LNa+OlDG混合體系的洗凈力只比LNa單獨體系的洗凈率提高20%（圖3）。LNa+LSPOE混合體系的洗凈力與LNa單獨體系的洗凈率相當。

圖3 添加n-SAA對LNa洗凈力的影響（污布A，25℃）

圖4 n-SAA對MNa洗凈力的影響（污布A，25℃）

圖5 n-SAA對PNa洗凈力的影響（污布A，25℃）

圖6 n-SAA對SNa洗凈力的影響（污布A，25℃）

在MNa+n-SAA的場合，添加n-SAA同樣獲得了提高洗凈率的效果（圖4）。MNa比LNa單獨體系的洗凈率約高10%，因而MNa+n-SAA混合體系的洗凈力高于LNa+n-SAA混合體系的洗凈力。在MNa+酰胺型氧化胺（L3AO、L6AO、M3AO）的場合，比LNa+酰胺型氧化胺的場合的洗凈力高20%～30%.LDG、MDG單獨體系的洗凈率幾乎與MNa單獨體系的洗凈率相同（圖2），但二者的混合體系洗凈率提高了20%。

PNa與LNa和MNa不同，添加聚甘油脂肪酸酯（LDG、MDG、OlDG）沒有提高洗凈率的效果，反而是PNa單獨體系的洗凈率高（圖5）。相反，酰胺型氧化胺（L3AO、L6AO、M3AO）和LPOE卻可以使PNa的洗凈率提高10%以上。

在SNa+n-SAA的場合，添加酰胺型氧化胺（L3AO、L6AO、M3AO）對提高洗凈率有效果，添加其他n-SAA只能達到SNa單獨體系洗凈率同等或同等以下的水平（圖6）。

其次，本研究對洗凈率效果提高最明顯的LNa，用人工污布B做了評價，圖7是實驗結果。該實驗結果反映的是n-SAA的洗凈力，單獨體系顯示高洗凈力的n-SAA，在本實驗中同樣獲得了高洗凈力。人工污布B與人工污布A不同的實驗結果，說明在本研究中選擇的n-SAA的親油基和親水基構造，對LNa的洗凈力沒有影響。

圖7 n-SAA和n-SAA＋LNa對污布B洗凈力的影響（25℃）

2.3 硬水中脂肪酸鈉與各種n-SAA混合體系的洗凈力

脂肪酸鈉會與高硬度水中的鈣鎂離子反應生成皂垢，降低脂肪酸鈉的洗凈力。因此，通常是把n-SAA混入脂肪酸鈉，制成復合皂使用，現在鮮有關于添加n-SAA的復合皂在硬水中洗凈力的報道。本研究采用3倍于JIS洗凈力實驗用水硬度的硬水（CaCl2177.0mg，MgCl289.1mg/L），用人工污布A考察了烷基鏈長改變對脂肪酸鈉洗凈率的影響。

本研究采用添加n-SAA效果明顯的LNa、MNa和PNa，以及添加LDEA、LDG、L6AO的混合體系（圖8）。添加LDEA、LDG混合體系的洗凈率不到50%，在硬水中沒有改善脂肪酸鈉洗凈力的效果。但是，添加L6AO能使所有脂肪酸鈉在硬水中的洗凈率提高到60%以上。

圖8 n-SAA對硬水種LNa、MNa和PNa洗凈力的影響（污布A，25℃）

2.4 市售衣料用洗滌劑的洗凈力

圖9是用市售衣料洗滌劑進行的洗凈力實驗結果。洗凈力實驗采用了人工污布A和人工污布B，洗滌劑濃度按照指定的標準濃度，洗滌溫度25℃。洗凈力實驗使用的水是CaCl259.0mg，MgCl228.2mg/L，漂洗用水是日本大阪市的自來水。人工污布A和人工污布B的洗凈評價結果表現出同樣的傾向，粉末合成洗滌劑（試樣2）、皂粉（試樣5）的洗凈率高，液體合成洗滌劑（試樣3、試樣4）的洗凈率稍低。脂肪酸鈉+n-SAA混合物的復合皂粉（試樣6和試驗7），用人工污布A和人工污布B的評價結果不同，與由人工污布B獲得比較高的洗凈率相比，用人工污布A獲得的洗凈率非常低。對于皂粉（試樣5）和復合皂粉（試樣6和試驗7），在不含有酶的場合比較的是單純表面活性劑的洗凈力，含有蛋白質成分（明膠）的人工污布A的洗凈力不僅與堿性助劑有關系，與n-SAA也有很大關系。如2.2所述，在混合體系中添加的n-SAA，對脂肪酸鈉的洗凈力有很大影響，而這種n-SAA是洗凈力并不高的n-SAA。用人工污布A和人工污布B評價液體復合皂（試樣8）顯示出同樣的洗凈率。

圖9 市售肥皂和市售洗滌劑對污布A和污布B的洗凈力（25℃）

3 結論

本研究探討了添加n-SAA對肥皂中各種鏈長脂肪酸鈉洗凈力的影響，確認能夠提高LNa、MNa洗凈力效果的n-SAA是酰胺型氧化胺（L3AO、L6AO、M3AO）。對于脂肪酸鈉單獨體系，烷基鏈長在C14以上的脂肪酸鈉（PNa、SNa）的洗凈力并不高，這是這種脂肪酸鈉在低溫的溶解性差造成的。通過添加酰胺型氧化胺可以使洗凈力弱的LNa和MNa成為洗凈力和低溫溶解性優良的洗滌劑。在本研究中證實了酰胺型氧化胺可以成為提高肥皂洗凈力和低溫溶解性的有效手段。

（岳霄譯自2015.No.9《Scienceand Industry》，作者是日本大阪市工業研究所的山村伸吾等人）