甜菜堿類表面活性劑具有優(yōu)良的洗滌發(fā)泡性､增稠性､抗硬水性以及低刺激性､調理性､抗菌性､生物降解性等特點,廣泛應用于日用品及工業(yè)助劑配方中｡在甜菜堿類表面活性劑中最主要的品種是十二烷基甜菜堿(DB)､椰油酰胺丙基甜菜堿(CAPB)､十二烷基羥丙基磺基甜菜堿(DHSB)等｡有關此類表面活性劑的合成與性能已有研究報道｡甜萊堿類表面活性劑具有多種功能,但在許多液體洗滌劑配方中選用它的主要原因是由于它具有優(yōu)良的協(xié)同增稠作用及發(fā)泡､穩(wěn)泡作用｡筆者進一步研究了幾種甜菜堿表面活性劑的發(fā)泡性能以及它對以AES為主的表面活性劑體系的增稠性能｡
1 實 驗1.1 主要原料及儀器
十二烷基甜菜堿(DB),w=29.92%;椰油酰胺丙基甜菜堿(CAPB),w=34.65%;十二烷基羥丙基磺基甜菜堿(DHSB),w=36.40%;脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸鈉(AES),w=72.63%;月桂酸二乙醇酰胺(6501,1∶1型)均為工業(yè)品｡其他為分析純｡Ross-Miles泡沫儀;NDJ-1型旋轉粘度計｡
1.2 測試方法
發(fā)泡性采用GB/T13173.6—91法測定;粘度采用GB5561—85法測定｡
2 結果及討論
2.1 甜菜堿類表面活性劑的發(fā)泡性能
2.1.1 3種甜菜堿的發(fā)泡性
在不同溫度下隨其在溶液中質量分數(shù)的變化在去離子水中,分別測定了DB､CAPB､DHSB在質量分數(shù)為0.05%~0.30%時的泡沫高度,結果見圖1｡
圖1可見,此類表面活性劑具有優(yōu)良的發(fā)泡性能,在測量范圍內,3種甜菜堿的發(fā)泡性均隨溫度和在溶液中質量分數(shù)的升高而升高｡w(甜菜堿)=0.05%時,DB的發(fā)泡性優(yōu)于CAPB和DHSB;而w(甜菜堿)=0.3%時,DHSB的發(fā)泡性優(yōu)于DB和CAPB｡在測定溫度范圍內,w(DHSB)<0.1%時,發(fā)泡性較差｡
2.1.2 3種甜菜堿的發(fā)泡性
在不同硬水中隨其在溶液中質量分數(shù)的變化在40℃,CaCO3的質量濃度分別為0,150mg/L和250mg/L的硬水中,分別測定了DB､CAPB和DHSB在不同質量分數(shù)時的泡沫高度,結果見圖2｡
由圖2可見,在測定范圍內,甜菜堿系表面活性劑具有優(yōu)良的抗硬水性,DB和CAPB的發(fā)泡性幾乎不隨水中CaCO3的質量濃度的變化而變化｡DHSB的發(fā)泡性隨水硬度的增加而提高,如w(DHSB)=0.1%､無CaCO3時,泡高為157mm;ρ(CaCO3)=150mg/L時,泡高為167mm;ρ(Ca CO3)=250mg/L時,泡高為174.5mm｡在硬水中,DHSB的發(fā)泡性隨其在溶液中質量分數(shù)的增加而有較大提高,如w(甜菜堿)<0.1%時,其發(fā)泡性明顯不如DB和CAPB;而當w(甜菜堿)>0.2%時,其發(fā)泡性優(yōu)于DB和CAPB｡3種甜菜堿的優(yōu)良抗硬水性是因為其分子中包含一個大的極性親水頭,這一結構特征,決定了它具有強的抗硬水性｡
2.1.3 3種甜菜堿的發(fā)泡性
在不同pH值條件下隨其在溶液中質量分數(shù)的變化在40℃去離子水中,分別測定了DB､CAPB和DHSB在不同pH值條件下的泡沫高度,結果見圖3｡
由圖3可以看出,在測定pH范圍內,DB和CAPB的泡沫高度隨pH值的變化不大｡而DHSB的發(fā)泡性受pH值的影響較大,在pH=5,w(甜菜堿)<0.15%時,DHSB的發(fā)泡性較DB和CAPB差,而在pH=9時,其發(fā)泡性優(yōu)于DB和CAPB｡因此DHSB在應用中為了達到較好的發(fā)泡性能,不僅在溶液中要達到一定的質量分數(shù),而且要控制體系pH值為中性或堿性｡
2.2 甜菜堿系表面活性劑的增稠性能
2.2.1 3種甜菜堿在不同溫度下的增稠性能
取10gAES､5g6501混合均勻,分別加入不同質量分數(shù)的DB､CAPB和DHSB,加水至100g,分別測定20,40,60℃時的粘度,結果見圖4所示｡
由圖4可見,不同溫度下體系的粘度隨甜菜堿的質量分數(shù)的增加而提高,隨溫度的升高而降低｡當w(甜菜堿)<3%時,增稠效果不明顯;當w(甜菜堿)>3%時,3種甜菜堿才有較好的增稠效果,且DB和CAPB的增稠性優(yōu)于DHSB｡如20℃,w(甜菜堿)=4.0%時,DB和CAPB的粘度均為5.9×10-2Pa·s;而DHSB的粘度為3.36×10-2Pa·s｡甜菜堿類兩性表面活性劑的增稠作用是由于其分子中帶正､負電荷中心彼此間的相互作用,使其臨界膠團濃度比相應的陰離子表面活性劑低,與陰離子表面活性劑混合易形成棒狀膠團,粘度增大｡
2.2.2 NaCl對體系粘度的影響
取10gAES､5g6501,甜菜堿2g(100%計),加水至100g｡向該體系中加入不同質量分數(shù)的NaCl,在25℃分別測定其粘度,并與不加甜菜堿時進行比較,結果見圖5｡
由圖5可以看出,體系粘度均隨NaCl的質量分數(shù)的增加出現(xiàn)最大值,其峰值是未加甜菜堿的6~7倍,表明添加甜菜堿的體系易被NaCl增稠｡這是因為NaCl的加入使表面活性劑溶液中膠團的雙電層壓縮,減少了離子頭之間的相互作用,膠團聚集數(shù)增加形成六角型的棒狀膠團,溶液的粘度增加｡NaCl過量后,正負離子聚集在棒狀膠團的周圍,晶相平衡受到破壞,晶相結構由六角型的棒狀膠團轉向層狀結構,溶液粘度下降｡
2.2.3 pH值對3種甜菜堿增稠性的影響
取10gAES､5g6501､甜菜堿2g(100%計),加入部分水溶解均勻,用稀磷酸或KOH溶液調整體系pH值,然后加水至100g,在25℃測定體系粘度,結果見表1｡
表1結果表明,隨著體系pH值的降低､體系粘度增加,且添加甜菜堿的體系粘度增加幅度較不加甜菜堿的體系大,因此,3種甜菜堿的增稠作用在微酸性(pH=5左右)條件下更為明顯｡
3 結 論
a.試驗表明,3種甜菜堿均具有優(yōu)良的發(fā)泡性能,其發(fā)泡性隨溫度和在溶液中質量分數(shù)的升高而升高,且?guī)缀醪皇芩?/SPAN>CaCO3的質量濃度的影響｡DHSB的發(fā)泡性受其在溶液中的質量分數(shù)和pH值的影響較大,在pH=5､w(甜菜堿)<0.15時,DHSB的發(fā)泡性低于DB和CAPB,但當w(甜菜堿)>0.2%后,其發(fā)泡性優(yōu)于DB和CAPB;當pH=9時,不論在溶液中的質量分數(shù)低還是高,其發(fā)泡性均優(yōu)于DB和CAPB且不受質量分數(shù)的影響｡
b.在試驗范圍內,在以AES和6501為主表面活性劑的體系中,加入甜菜堿,當w(甜菜堿)>3%后,具有明顯的增稠效果,且在微酸性條件下更為明顯｡NaCl對上述體系具有明顯的增稠效果,體系的粘度隨NaCl的質量分數(shù)的增加出現(xiàn)最大值,其峰值是未加甜菜堿的6~7倍,說明添加甜菜堿的體系易被NaCl增稠｡
