N-月桂酰基氨基酸鈉的性能研究

洪玉倩 史立文 耿二歡 陶華東 毛雪彬 李伏益 雷小英 葛 贊

（ 贊宇科技集團(tuán)股份有限公司， 浙江杭州，310030）

近年來，隨著消費者對環(huán)境保護(hù)和生物安全性意識的提高，開發(fā)和使用環(huán)境友好的表面活性劑日益受到世界各國的重視[1]。氨基酸系列表面活性劑具有溫和、低毒、良好的生物降解性、較好的配伍性及抗菌性等特點[2]，廣泛應(yīng)用于護(hù)膚品、沐浴露、洗面奶、洗滌劑和牙膏等日用化學(xué)品配方中，還可用于食品添加劑、金屬加工和生物醫(yī)藥等行業(yè)中[3-5]。國外研究起步早，工業(yè)化生產(chǎn)相對成熟，如日本味之素、美國陶氏等均有一定的產(chǎn)量。國內(nèi)的需求量也在日益增長，廣州天賜、南京華獅、廣州百孚潤等亦有生產(chǎn)[6-8]。隨著氨基酸表面活性劑報道的增多，下游產(chǎn)業(yè)群體需要對比它們的各項性能，篩選出符合產(chǎn)品需求的氨基酸表面活性劑。

本課題主要研究了N-月桂酰基丙氨酸鈉（SLA）、N-月桂酰基肌氨酸鈉（SLS）、N-月桂酰基谷氨酸鈉（ULS）、N-月桂酰基甘氨酸鈉（YLS）這4種氨基酸表面活性劑的表面張力、泡沫、潤濕、乳化、去污、凍點等性能。

1 實驗

1.1 主要試劑與儀器

SLA和SLS，30%，工業(yè)級，贊宇科技集團(tuán)股份有限公司；ULS和YLS，30%，工業(yè)級，南京華獅化學(xué)品有限公司。

K100全自動表面張力儀，德國KRüSS；DSA100光學(xué)接觸角測量儀，德國KRüSS；R-2000動態(tài)泡沫測試儀，德國SITA；THCD-15循環(huán)低溫恒溫水浴鍋，寧波天恒儀器廠；RHLQ-II立式去污機，上海銀澤儀器設(shè)備有限公司；YQ-Z-48B白度顏色測定儀，杭州輕通博科自動化技術(shù)有限公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 表面張力

采用去離子水將SLA、SLA、ULS、YLS分別配制成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5%的水溶液，在25℃下用K100全自動表面張力儀測定表面張力（a ）。表面張力越小，表示表面活性越高。

1.2.2 接觸角

采用250mg/kg硬水將SLA、SLA、ULS、YLS分別配制成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.1%的水溶液，并用DSA100光學(xué)接觸角測量儀分別測定每個樣品水溶液的接觸角。接觸角越小，表示越易鋪展，潤濕能力越好。

1.2.3 潤濕性能

采用去離子水將SLA、SLA、ULS、YLS分別配制成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.2%的水溶液，并按國標(biāo)GB/T11983-2008帆布沉降法測定潤濕力。潤濕時間越短，表示潤濕性能越好。

1.2.4 凍點

將試樣置于恒溫水浴鍋中，初始溫度25℃，每隔2小時降低1℃，直至析出。析出溫度即為凍點。

1.2.5 泡沫性能

采用150 mg/kg的硬水將SLA、SLS、ULS、YLS 4種氨基酸表面活性劑分別配制成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.02%的活性物水溶液，以備泡沫性能測試。動態(tài)泡沫儀參數(shù)：溫度25℃；溶液進(jìn)樣量250mL；攪拌次數(shù)40次；攪拌時間10s/次；轉(zhuǎn)速：1000r/min；穩(wěn)泡時間15min。

1.2.6 去污性能

采用250 mg/kg的硬水將SLA、SLA、ULS、YLS分別配制成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.02%的水溶液，采用國標(biāo) GB/T 13174-2003方法測定去污性能。測定溫度（30±1）℃，時間20min。

1.2.7 乳化力

取40 mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.1%的水溶液至具塞量筒中，再加入40 mL的植物油或礦物油。用手捏緊塞子，上下猛烈振動5下，靜置1min，重復(fù)5次后立即用秒表記錄時間。此時水油兩相逐漸分開，當(dāng)水相分出10mL時，記錄時間。作為乳化力的相對比較，時間越長表示乳化力越強[9]。

2 結(jié)果與討論

2.1 表面張力

可以降低水溶液的表面張力是表面活性劑的重要性質(zhì)。表面張力越低，鋪展和潤濕性能越強。當(dāng)液體的表面張力小于需要被潤濕物體的潤濕臨界表面張力（ac）時，就能在物體表面自行鋪展，即潤濕物體[10]。常見織物纖維的潤濕臨界張力都在30mN/m以上，如腈綸44mN/m、氨綸46mN/m、聚酯纖維43mN/m。用表面張力儀測定這4種表面活性劑的表面張力，結(jié)果如表1所示，SLA、SLS、YLS和ULS 4種氨基酸表面活性劑的表面張力都較小，具有較高的表面活性，分別為29.68、26.09、25.18和23.6mN/m，都低于常見織物纖維的潤濕臨界表面張力，可以比較容易達(dá)到完全潤濕。

表1 表面張力

2.2 接觸角

接觸角反映的是潤濕的程度，其角度越小，潤濕程度越好。4種氨基酸表面活性劑的接觸角分析結(jié)果如表2所示。ULS的接觸角最小，潤濕程度最好；YLS和ULS的接觸角較小，易于鋪展?jié)櫇瘢瑵櫇癯潭容^好。

表2 接觸角

2.3 潤濕性能

在25℃下，用帆布沉降法測定四種氨基酸表面活性劑的潤濕性能，結(jié)果如表3所示。

表3 潤濕性能

這4種氨基酸表面活性的潤濕力都較強，其中ULS使帆布沉降所需的時間最短，潤濕性能最好；SLS和YLS使帆布沉降時間接近，潤濕水平相當(dāng)；SLA的沉降時間最長，潤濕力較前三者略低。結(jié)合2.1和2.2中的結(jié)果，發(fā)現(xiàn)這4種氨基酸表面活性劑在表面張力、潤濕力和接觸角這3項性能上保持一致的趨勢，即表面張力越小，潤濕力越強，接觸角越小。

2.4 凍點

表面活性劑的凍點可以反映其在低溫條件下的穩(wěn)定性。實驗結(jié)果見表4。從表4可知，4種氨基酸表面活性劑的凍點都較低，SLA、SLS和YLS的凍點分別為5℃、0℃和8℃，在長時間低溫條件下具有一定的穩(wěn)定性。其中ULS的凍點最低，可以達(dá)到零度以下，低溫穩(wěn)定性最好。

表4 凍點

2.5 泡沫性能

起泡力及泡沫穩(wěn)定性是衡量表面活性劑泡沫性能的兩個重要指標(biāo)[11]，采用動態(tài)泡沫測試儀測定SLA、SLA、ULS、YLS這4種氨基酸表面活性劑的泡沫性能，其中發(fā)泡性能如圖1所示，穩(wěn)泡性能如圖2所示，4種氨基酸表面活性劑的泡沫高度都較低，屬于低泡表面活性劑。其中SLA發(fā)泡性能最好，最大泡沫高度可達(dá)到260mm；穩(wěn)泡性能均較差，其中ULS在1min后泡沫高度就降低到0mm。

圖1 發(fā)泡性能

圖2 穩(wěn)泡性能

氨基酸表面活性劑在單體泡沫性能上較差，但發(fā)泡與洗滌效果之間并沒有直接的相對應(yīng)關(guān)系[10]。正因為該特點，氨基酸表面活性劑適用于低泡型洗滌劑的，滿足低泡、易漂洗、低殘留等要求，也可以與其他表面活性劑復(fù)配改善洗滌劑的泡沫性能[3]。

2.6 去污性能

SLA、SLS、ULS、YLS 4種氨基酸表面活性劑的去污性能結(jié)果如表5所示。在對皮脂和碳黑污布的去污性能的表現(xiàn)中，4者的去污值都低于標(biāo)準(zhǔn)洗衣液，去污能力并不特別突出。其中SLS和ULS的水平接近，SLA和YLS也相差不大且較SLS和ULS的水平略高。

2.7 乳化力

表面活性劑使水和油兩種互不相溶的液體變成乳狀液的能力稱為乳化力。乳化力是表面活性劑的一個重要性質(zhì)，表面活性劑在分散相中合適的溶解度是決定乳液穩(wěn)定性的重要因素。4種氨基酸表面活性劑的乳化性能實驗結(jié)果見圖3。4種氨基酸表面活性劑在大豆油中都表現(xiàn)出了良好的乳化性能，其中YLS的乳化力最強，明顯優(yōu)于其他三者；ULS次之，SLS最末；在液體石蠟中四者的乳化力也體現(xiàn)出了這一趨勢。

圖3 乳化性能

表5 去污性能

3 結(jié)論

3.1 SLA、SLS、ULS、YLS 4種氨基酸表面活性劑表面張力都較低，表面活性高，接觸角小，潤濕力強，對于一般常見的織物纖維可以比較容易達(dá)到完全潤濕；

3.2 SLA、SLS、ULS、YLS 4種氨基酸表面活性劑都屬于低泡表面活性劑，穩(wěn)泡性差；適用于低泡型洗滌劑產(chǎn)品；

3.3 SLA、SLS、ULS、YLS 4者都具有較低的凍點，具有良好的低溫穩(wěn)定性能。其中ULS的凍點可以達(dá)到零度以下；

3.4 SLA、SLS、ULS、YLS 4者對皮脂和碳黑污布的去污能力都低于標(biāo)準(zhǔn)洗衣液。其中SLS和ULS的去污水平接近，且較SLA和YLS略差；

3.5 SLA、SLS、ULS、YLS都在大豆油中表現(xiàn)出了良好的乳化性能，YLS的乳化力最強，ULS次之，SLS最末；在液體石蠟中的乳化力也表現(xiàn)出了這一趨勢。

綜上所述，這4種氨基酸表面活性劑表面活性高、凍點較低、潤濕力強、乳化性能好；但泡沫性能和去污能力不突出，適用于低泡型產(chǎn)品。因此，N-酰基氨基酸鈉是一類表面性能優(yōu)良的表面活性劑，而且對環(huán)境友好，溫和不刺激，可廣泛用于日化產(chǎn)品及其他領(lǐng)域中。