α-长链烷基甜菜碱应用性能研究

狄永红，王泽云

（南风化工集团股份有限公司 山西 运城 044000）

α-长链烷基甜菜碱应用性能研究

狄永红，王泽云

（南风化工集团股份有限公司 山西 运城 044000）

研究了新型两性表面活性剂α-长链烷基甜菜碱（C10、C12）的应用性能，并与目前常用两性表面活性十二烷基二甲基甜菜碱（BS-12）进行了对比。结果表明，α-癸基甜菜碱KP点与BS-12相当，泡沫性能优于BS-12，润湿力、去污力低于BS-12；α-十二烷基甜菜碱的泡沫性能、润湿力、去污力均优于BS-12。

α-长链烷基甜菜碱；BS-12；应用性能

a-长链烷基甜菜碱是采用α-长链氯代脂肪酸与短链叔胺反应合成的一种新型两性表面活性剂。它与传统的两性表面活性剂性能相近，但在成本方面却具有突出优势，因而受到众多研究者的关注[1,2]。本课题在前期工作中研究了a-长链烷基甜菜碱的合成工艺条件及部分理化性质[3,4]。本文在前期研究的基础上，以目前洗涤产品中常用的两性表面活性剂十二烷基二甲基甜菜碱（BS-12）为对照，研究了疏水基碳链为C10和C12的a-长链烷基甜菜碱的KP点、泡沫力、润湿力和去污力等洗涤作用方面比较重要的性能。

在分子结构方面，a-长链烷基甜菜碱与普通长链烷基甜菜碱BS-12有一定区别，即疏水基团与亲水基团的空间位置有所不同，因而可能导致其产品性能的变化。图1分别为BS-12和a-长链烷基甜菜碱的分子结构。

1. 实验部分

1.1 仪器与试剂

a-癸基甜菜碱，28%，实验室自制；a-十二烷基甜菜碱，28%，实验室自制；BS-12，30%，上海经纬化工有限公司； 202号纯棉帆布，上海染料公司；标准污布，中国日用化学工业研究院。WSD-3U全自动荧光白度仪， RHLQ-III立式去污机，罗氏泡沫仪，恒温水浴。

1.2 分析检测

1.2.1 泡沫力的测定

泡沫力参照国家标准GB/T 13173.6-91《洗涤剂发泡力的测定 (Ross -Miles法)》及GB/T《 7462-1994 改进Ross-Miles法》进行测定。

1.2.2 润湿力的测定

润湿力参照国标GB 5557-85《表面活性剂 纺织助剂 渗透力测定法 润湿法》方法进行测定。

1.2.3 去污力的测定

去污力参照国标 GB/T 13174-2003《衣料用洗涤剂去污力及抗污渍再沉积能力的测定》进行测定。

2. 结果与讨论

2.1 KP 点

图1 BS-12和a–长链烷基甜菜碱的分子结构

Kraft point（KP点）是衡量表面活性剂水溶性的一个重要指标，对其各方面的应用性能具有非常重要的影响。将a-长链烷基甜菜碱和BS-12分别配成1.0%水溶液，用浊度法测定其KP点，实验结果见表1。

由表1中数据可见，a-癸基甜菜碱和BS-12的KP点小于0℃，a-十二烷基甜菜碱的KP点为5.5℃。这说明，疏水基碳链低于十二的a-长链烷基甜菜碱与BS-12一样，都具有优良的低温溶解性，适合应用于在常温条件下储存和使用的各类洗涤产品中。

2.2 泡沫性能

使用改进罗氏泡沫仪对α-癸基甜菜碱、a-十二烷基甜菜碱和BS-12的泡沫性能进行了测定，实验结果见表2。

由表2数据可以看出，a-癸基甜菜碱的发泡性能低于BS-12，稳泡性能接近。相比BS-12，由于a-癸基甜菜碱的疏水碳链较短，因此发泡性能略差。a-十二烷基甜菜碱和BS-12的发泡能力基本相当，但随着时间的延长，BS-12泡沫下降较快，而a-十二烷基甜菜碱的泡沫下降较少。这说明，在疏水碳链长度相同的条件下，a-长链甜菜碱的稳泡性能优于BS-12。

2.3 润湿力

使用帆布沉降法分别对α-癸基甜菜碱、a-十二烷基甜菜碱和BS-12的润湿性能做了测试，共进行了4个浓度梯度的实验。表3中的数据分别为实验用帆布在3种产品不同浓度溶液中的沉降时间。

实验结果显示，在相同活性物浓度的条件下，以0.75g/L的活性物浓度水平为例，BS-12的帆布沉降时间为73s，远低于a-癸基甜菜碱的240s，但高于a-十二烷基甜菜碱的10s。其他浓度梯度的实验结果规律与此相同。这说明，BS-12的润湿性能优于a-癸基甜菜碱，但不如a-十二烷基甜菜碱。

造成产品润湿性能差别的主要原因是由于a-癸基甜菜碱的疏水基碳链长度比BS-12短两个碳。虽然碳链较短的表面活性剂分子在溶液中的迁移速度较快，对提高润湿性能有利，但碳链太短时，表面活性剂溶液的表面张力较高，对溶液的润湿性能有更大的影响。通常情况下，疏水链长度为C12~C14的表面活性剂具有较好的润湿性能，所以a-癸基甜菜碱的润湿性能较差。同时，在疏水基碳链长度相同的条件下，a-十二烷基甜菜碱的亲水基阴离子与阳离子的相对空间位置的分布，更有利于正、负电荷的抵消，使得表面活性剂分子的缔和变得更加容易，从而表面活性剂的cmc和表面张力下降的更低，对改善表面活性剂的润湿性能有利。因此，a-十二烷基甜菜碱的润湿性能最好。

2.4 去污力

由于具有性质温和、刺激性低等优良特性，两性表面活性剂已在家用清洗产品和个人护理产品中得到广泛应用。在上述两类配方中，表面活性剂的主要功能之一是清洗各类污垢，所以去污力是衡量表面活性剂性能的重要指标。实验中，在相同活性物含量的条件下，使用立式去污机，采用国标方法对a-癸基甜菜碱、a-十二烷基甜菜碱和BS-12在皮脂、蛋白和碳黑3种污布上的去污性能进行了测试，通过洗前与洗后污布白度的差值来表示产品去污性能的好坏。结果如表4所示。

表4的实验结果表明，各种表面活性剂在三种污布上的去污力趋势是相同的，即去污力由大到小的顺序为：a-十二烷基甜菜碱＞BS-12＞a-癸基甜菜碱。其中，a-癸基甜菜碱的去污力与其他两种表面活性剂差距较大。其主要原因是洗涤过程是一个十分复杂的综合作用过程，涉及到表面活性剂的吸附、润湿、分散、加溶、乳化等各种作用。通常情况下，具有良好洗涤去污性能的表面活性剂的碳链长度为C12～C18。α-癸基甜菜碱的疏水基碳链较短，因而不是最适合的重垢型表面活性剂。在碳链长度相等的条件下，α-十二烷基甜菜碱的去污性能明显优于BS-12。

表1 α-长链烷基甜菜碱和BS-12的KP点

表2 α-长链甜菜碱和BS-12的泡沫性能

表3 α-长链烷基甜菜碱和BS-12的润湿性能

表4 α-长链烷基甜菜碱和BS-12的去污性能

3. 结论

新型两性表面活性剂α-长链烷基甜菜碱在洗涤方面具有良好的应用性能。α-癸基甜菜碱的KP点与BS-12相当，其低温溶解性好，泡沫性能优于BS-12，但润湿力、去污力低于BS-12；α-十二烷基甜菜碱的泡沫性能、润湿力、去污力均优于BS-12，在洗涤产品中应用综合性能最优。

[1] 方云, 夏咏梅, 江文中, 等. 天然油脂基两性表面活性剂的合成和性质I α –溴化长链脂肪酸的合成[J]. 日用化学工业, 1993, (5): 1-4.

[2] Frederlck Baxter Downing, Carneys Point, Frank Willard Johnson. Nitrogen Containing Organic Compounds[P]. US 2,129,264.1938.

[3] Ze-yun Wang, Shu-fen Zhang, Yun Fang, et al. Synergistic behavior Between Zwitterionic Surfactant α-Decylbetaine and Anionic Surfactant Sodium Dodecyl Sulfate[J]. Journal of Surfactants and Detergents, 2009, Vol 12. Number 4.

[4] 王泽云, 张淑芬, 齐丽云, 等. α-癸基甜菜碱的表面活性和胶体性质[J]. 日用化学工业, 2009, 39(2): 85-88.