陽-非-陰離子表面活性劑三元體系的復配與應用

徐曉敏，陳亞萍，閆國倫

（江陰職業(yè)技術學院環(huán)境與材料工程系，江蘇江陰 214433）

表面活性劑按照親水基團類型的不同可以分為陽離子型、陰離子型、非離子型等。目前，不同類型的表面活性劑復配已經成為表面活性劑研究領域的一個熱點［1-3］，表面活性劑復配后，一方面由于分子間的相互作用，極性基團之間的靜電斥力減弱，排列更加緊密；另一方面由于疏水效應，兩個烴鏈之間相互吸引。因此，溶液中的表面活性劑分子更緊密地排列并吸附在表面上，更有可能形成膠束，復合表面活性劑體系具有原表面活性劑單組分不具有的協(xié)同作用。表面活性劑復配不僅可以提高單一表面活性劑的表面性能，獲得較好的應用效果，還能降低表面活性劑用量，保護環(huán)境［4-6］。

目前關于陽-非-陰離子表面活性劑三元復配的基礎研究和應用研究在我國相對較少，陽-非-陰離子表面活性劑三元復配體系的表面張力與表面活性劑品種、濃度都有密切關系，優(yōu)選三元復配體系配方成為研究的首選目標。本研究采用陽離子表面活性劑十二烷基二甲基芐基氯化銨（1227）作為原料，將其同陰離子表面活性劑十二烷基羧酸鈉、非離子表面活性劑辛癸基葡萄糖苷（APG0810）進行三元復配，并測試其表面張力和泡沫力。

1 實驗

1.1 原料與儀器

原料：十二烷基二甲基芐基氯化銨（40%）、十二烷基羧酸鈉（100%）、辛癸基葡萄糖苷（50%）（山東優(yōu)索化工有限公司），硫酸鎂（MgSO4·7H2O）、氯化鈣（CaCl2）（分析純，上海滬試化工有限公司）。儀器：QBZY 型表面張力儀（上海方瑞儀器有限公司）。

1.2 測試

1.2.1 表面張力

采用超純水把表面活性劑按不同配比配成水溶液，參考GB/T 22237—2008《表面活性劑表面張力的測定》采用平板法測定。

1.2.2 泡沫力

采用超純水把表面活性劑按不同配比配成水溶液，參考GB/T 13173—2008《表面活性劑洗滌劑試驗方法》采用Ross-Miles 法測定。

2 結果與討論

2.1 陰離子表面活性劑復配比例的影響

固定陽離子表面活性劑十二烷基二甲基芐基氯化銨（1227）、非離子表面活性劑辛癸基葡萄糖苷（APG0810）物質的量比為4∶1，改變陰離子表面活性劑十二烷基羧酸鈉的比例進行復配，并測試表面張力和泡沫力，結果如表1、圖1～圖3所示。

表1 不同陰離子表面活性劑配比下復配體系的表面張力和泡沫力

圖1 不同陰離子表面活性劑配比下復配體系的表面張力變化曲線

由表1 和圖1 可知，陰離子表面活性劑十二烷基羧酸鈉的加入，使表面張力由1227、APG0810 二元復配體系的32.27 N/m 下降到陽-非-陰離子三元復配體系（物質的量比為4∶1∶16）的最低值25.35 N/m，降幅達21.44%；之后隨著陰離子表面活性劑濃度的增加，表面張力逐步上升。這表明陰離子表面活性劑的加入不僅是自身的表面活性作用，在濃度比例適當時，可能產生了陰包陽、陽包陰或者陽包陰再包陰等多種結構，從而發(fā)生了協(xié)同作用，使表面張力發(fā)生了較大改變，這與雙電層理論的解釋相符［7］。

由表1、圖2、圖3 可以看出，陰離子表面活性劑十二烷基羧酸鈉的加入，使泡沫高度由陽-非離子二元復配體系的366 mm（原液0 min）增加到陽-非-陰離子三元復配體系（物質的量比為4∶1∶16）的最大值471 mm，增幅為28.70%，5 min泡沫高度變化由106 mm（260～366 mm）降低為21 mm（450～471 mm），泡沫穩(wěn)定性大大增強。對比稀釋后的泡沫高度，同樣證明泡沫穩(wěn)定性好。在陽-非-陰離子表面活性劑復配比例為4∶1∶16 時，溶液稀釋5 倍、10倍后的泡沫高度由原來的471 mm變?yōu)?40、420 mm，變化幅度為6.58%和10.80%，5 min 泡沫高度變化為21、15、12 mm。以上數據說明在這個復配比例下，溶液的起泡性能和泡沫穩(wěn)定性均非常好。

圖2 不同陰離子表面活性劑配比下復配體系的泡沫力

圖3 不同陰離子表面活性劑配比下復配體系的泡沫穩(wěn)定性（5 min）

2.2 陽離子表面活性劑復配比例的影響

固定陰離子表面活性劑十二烷基羧酸鈉以及非離子表面活性劑辛癸基葡萄糖苷APG0810 物質的量比為16∶1，改變陽離子表面活性劑1227 的比例進行復配，并測試表面張力以及泡沫力，結果如表2、圖4～圖6所示。

表2 不同陽離子表面活性劑配比下復配體系的表面張力和泡沫力

圖4 不同陽離子表面活性劑配比下復配體系的表面張力變化曲線

由表2 和圖4 可以看出，陽離子表面活性劑1227的加入，使表面張力由陰-非離子二元復配體系的32.12 N/m 下降到陽-非-陰離子三元復配體系（物質的量比為4∶1∶16）的最低值25.35 N/m，降幅達21.08%；之后隨著陽離子表面活性劑1227濃度的增加，表面張力逐步增大，這同時印證了2.1中所述的雙電層理論。

由表2、圖5、圖6 可看出，陽離子表面活性劑的加入使泡沫高度由陰-非離子二元復配體系的429 mm（原液0 min）增加到陽-非-陰離子三元復配體系（物質的量比為4∶1∶16）的最大值471 mm，增幅為9.8%，原液5 min 泡沫高度變化由27 mm（402～429 mm）降低為21 mm（450～471 mm），泡沫穩(wěn)定性增強。

圖5 不同陽離子表面活性劑配比下復配體系的泡沫力

圖6 不同陽離子表面活性劑配比下復配體系的泡沫穩(wěn)定性（5 min）

2.3 非離子表面活性劑復配比例的影響

固定陽離子表面活性劑1227、陰離子表面活性劑十二烷基羧酸鈉物質的量比為1∶4，改變非離子表面活性劑APG0810 的比例進行復配，并測試表面張力和泡沫力，結果如表3、圖7～圖9所示。

表3 不同非離子表面活性劑配比下復配體系的表面張力和泡沫力

圖7 不同非離子表面活性劑配比下復配體系的表面張力變化曲線

由表3、圖7 可看出，非離子表面活性劑APG0810的加入，使表面張力由陰-陽離子二元復配體系的27.56 N/m 下降到陽-非-陰離子三元復配體系（物質的量比為4∶1∶16）的最低值25.35 N/m；之后隨著非離子表面活性劑的加入，表面張力變化不大，綜合來看表面張力降幅為8.02%，低于2.1 的21.44%和2.2的21.08%，說明非離子表面活性的加入沒有產生很大的協(xié)同作用，僅是因為表面活性劑本身的結構特點，分子中具有多個羥基，親水性較強，使得表面活性劑分子在表面排列的緊密程度稍有變化。由于非離子表面活性劑沒有影響到溶液里面陰陽離子表面活性劑形成的膠束，當非離子表面活性劑APG0810的濃度達到0.002 942 mol/L 后，繼續(xù)增加濃度，因為表面活性劑排列緊密程度已經達到極致，表面張力不再變化。

由表3、圖8、圖9 可以看出，非離子表面活性劑的加入對陰-陽離子表面活性劑復配體系的泡沫高度稍有影響，開始時隨著非離子表面活性劑的加入，泡沫高度增高，由陰-陽離子二元復配體系（原液0 min）的450 mm 增加到陽-非-陰離子三元復配體系（物質的量比為4∶1∶16）的471 mm，增幅為4.67%，原液泡沫高度變化由20 mm（430～450 mm）變?yōu)?1 mm（450～471 mm）。對比稀釋后的泡沫高度變化不大，泡沫穩(wěn)定性較好。

圖8 不同非離子表面活性劑配比下復配體系的泡沫力

圖9 不同非離子表面活性劑配比下復配體系的泡沫穩(wěn)定性（5 min）

3 結論

（1）三元復配體系的表面張力明顯低于二元復配體系。

（2）三元復配體系的泡沫力和泡沫穩(wěn)定性均優(yōu)于二元復配體系。

（3）在此研究基礎上，可以進一步研究陽-非-陰離子表面活性劑三元復配體系的其他應用性能，并將其應用到洗滌劑配方中，開發(fā)出用量少、洗滌效果好、泡沫豐富、易清洗的優(yōu)質洗滌劑產品。