冷配型酯基季铵盐阳离子表面活性剂

鲍 亮，姚永丽，罗 纲，王嘉树

赢创德固赛特种化学（上海）有限公司-家居护理部 上海 201108

织物，尤其是天然纤维织物，在反复洗涤的过程中，其微纤维容易断裂。在洗涤过程中，机械摩擦产生的静电增加了纤维之间的摩擦力，阻止了纤维之间的自由滑动。当我们的皮肤接触到这种织物的时候，就会感觉涩和硬，给人以粗糙的感觉。柔软物质通过吸附在纤维表面，使纤维更加顺滑，从而降低纤维之间的摩擦力，提高纤维的集束力，减少静电，给我们表皮以柔滑的感觉。而且，柔软剂的使用，可以降低滚筒干燥过程中由于织物间的机械摩擦对织物造成的损坏，从而延长衣物的使用寿命；此外它还可以减少织物表面褶皱的形成，使织物更易于熨烫[1]。

最适用于作为织物柔软剂的原料主要是双长链基团的阳离子表面活性剂。1955年，美国最先将双（氢化牛油基）二甲基氯化铵（DHTDMAC）作为柔软剂成分用于家居织物护理中[2]。此后，又相继研发了双烷基酰胺型和双烷基酰胺咪唑啉阳离子表面活性剂织物柔软剂。上述柔软剂虽然具有很好的柔软性和抗静电性，但会产生一些环境问题，如水环境中的毒性，在有氧或无氧条件下的可生物降解性和水生物体内的累积性[3]。酯基季铵盐织物柔软剂是最先开发的具有可生物降解性的柔软剂，它可以配制成高活性物的产品。由于酯基在废水处理中极易被微生物分解而迅速降解为C16～C18的脂肪酸和分子较小的阳离子代谢物，因此，酯基季铵盐具有优异的生物降解，在欧洲获得大量应用。其商品名如：SYNPROLAMFS和REWOQUAT[4]。

通常用于织物柔软剂的阳离子表面活性剂在常温为固体或膏状，在配制过程中需要加热。而当今，低碳、环保、节能、减排已成为各行各业可持续发展的需要。因此，在符合环保要求的同时，开发出常温为液态并且能在低温条件下稳定分散的阳离子表面活性剂，可以减少原料在运输、储存过程中需要保温而造成的能量消耗；避免原料长期高温储存可能产生的色变；取消生产过程中原料和水预热及降温工序，节约能源、缩短生产时间（传统酯基季铵盐和冷配型酯基季铵盐在配制柔软剂的生产时间对比如图1所示），符合柔软剂行业可持续发展的需要。REWOQUAT®WE 45是一种新型的可生物降解的酯基型阳离子表面活性剂，在室温（25℃）呈液态，并且在室温下具有良好的分散性。此外，它还可以配制成浓缩型的产品，符合新清洁行业提倡浓缩化的要求[5]。因此，REWOQUAT®WE 45无疑满足新型绿色柔软剂发展的需要。同时，本课题还就它处理后织物的柔软性，蓬松度、再润湿性和抗静电性等进行了测试。

1. 实验部分

1.1 仪器、试剂和材料

主要仪器及材料：PC68高阻计（上海精密科学仪器有限公司）、漂洗器、白色短毛小毛巾（30cm×30cm，约44g/块）、白色聚酯布（平纹机织面料，经线235±5根/10cm，纬线205±5根/10cm）、皂粒（干钠皂含量≥54%）

主要试剂：双烷基酯基阳离子表面活性剂：REWOQUAT®WE 45 (EVONIK)、REWOQUAT®WE 18 E (EVONIK)；双烷基阳离子表面活性剂：D1821、ADOGEN®442 (EVONIK)；酰胺基阳离子表面活性剂：VARISOFT®222 LM (EVONIK)；咪唑啉阳离子表面活性剂：VARISOFT®3690（EVONIK）。

1.2 实验方法

1.2.1 织物柔软性的评价方法

通常，织物柔软剂柔软性的评价方法包括主观评价法和客观评价法。主观评价通常是由评价人员通过手感对织物柔软性的优劣给予评分，并以一定的数理统计方法得出评价结果[6]。这种方法和衣物穿着过程中，身体皮肤对织物的感觉是一致的。实验中将各种阳离子表面活性剂配置成活性物含量为5%的柔软剂，然后用1%浓度的柔软剂溶液处理毛巾后，用主观评价法来比较这几种阳离子表面活性剂的柔软性能。

1.2.2 织物蓬松度测试方法

将每5块白色毛巾分成一组，各组毛巾的总重量差值在±0.5g内。将每组毛巾分别对折、重叠，测量毛巾的初始堆叠高度H0。然后将每组毛巾分别用不同阳离子表面活性剂配置的柔软剂处理后，测试其堆叠高度H1。最后计算毛巾处理前后堆叠高度的差值，即H1-H0，差值越大，说明该织物的蓬松度越好。

1.2.3 织物的再润湿性测试

参考标准QB/T 4309 《衣物柔顺剂再润湿性能的测定》，通过测定水沿毛细管上升一定高度所需的时间，对不同阳离子表面活性剂制成的柔软剂的再润湿性能进行测试。

1.2.4 织物抗静电性测试

参考标准GB/T 16801《织物调理剂抗静电性能的测定》。织物选用白色聚酯布（平纹机织面料，经线235±5根/10cm，纬线205±5根/10cm），用PC 68型高阻计测定织物处理后的表面比电阻降低或表面比电阻对数值降低来评价织物柔软剂抗静电性的优劣。

2. 结果与讨论

目前市场上常用来作为柔软剂的阳离子表面活性剂主要有双十八烷基型（DHTDMAC）、双烷基酰胺型、双烷基酰胺咪唑啉型和双烷基酯基型。实验中也挑选了这四种不同类型的阳离子，分别对它们的柔软性、蓬松度、润湿性、抗静电性等性能进行了测试。

2.1 柔软性

织物柔软性的评价方法选择主观评价中的秩位法[7]，即选取5位以上感觉灵敏，具有丰富经验的评价人员，通过手感触摸各试样，并对其柔软性进行排序，柔软性最好的则秩位数最小，最后由总的秩位数决定织物柔软性的优劣。总秩位数越小，织物柔软性越好[6]。评定结果如表1所示。

由表1可以看出，经不同阳离子表面活性剂处理的织物的柔软性对比结果为：S6＞S1＞S2＞S5＞S3＞S4，即冷配型酯基季铵盐REWOQUAT®WE 45(S5)所处理的织物的柔软性比双烷基型季铵盐(ADOGEN®442(S1)和D1821(S2))和高温型酯基季铵盐(REWOQUAT®WE 18 E(S6))处理的织物差，但优于酰胺基季铵盐(VARISOFT®222 LM(S3))和咪唑啉季铵盐(VARISOFT®3690(S4))处理的织物。

2.2 蓬松度

柔软剂处理的织物不仅要让皮肤接触时有滑爽的感觉，而且还能给人以蓬松、丰盈的手感，所以课题中还对不同阳离子表面活性剂处理的织物的蓬松度进行了测试比较。测试结果如表2所示。

由表2可以看出织物蓬松度的测试结果为：S3＞S5＞S4＞S2=S6＞S1，即REWOQUAT®WE 45处理后的织物的蓬松度仅次于酰胺基季铵盐VARISOFT®222 LM处理后的织物，优于其他类型的阳离子柔软剂处理后的织物。

2.3 再润湿性测试

表1 织物柔软性主观评定结果

表2 织物蓬松度测试结果

由于纤维本身一般都带负电荷，阳离子表面活性剂通过正负离子的化学结合及其他的物理作用，可以很好地吸附于纤维表面，形成疏水基朝外的排列，从而赋予织物柔软、滑爽的手感，改善了织物的抗静电性，但同时也降低了织物的吸水性，使衣物的再润湿性能变差，降低了织物的穿着服用性。因此，如何提高处理织物的再润湿性能，也是柔软剂产品开发过程中要考虑的技术问题。

织物的再润湿性通常用毛细管效应来衡量。织物毛细管效应是指测定水在织物上的扩散速度，即测定水沿毛细管上升的高度，以一定时间上升的高度或上升一定的高度所需的时间来表示。本课题按照标准QB/T 4309的规定对不同阳离子柔软剂处理后的织物的再润湿性进行了测试，测试结果如图2所示。

由图2可以看出，用酯基季铵盐处理的织物和双烷基季铵盐（DHTDMAC）处理的织物相比，润湿时间大大缩短。这是因为其结构中含有酯基，降低了其疏水基团的疏水性，此外，硫酸甲酯铵比氯化铵的亲水性强，这些结构使得酯基季铵盐表现出比双烷基季铵盐（DHTDMAC）更好的再润湿性。因此，冷配型酯基季铵盐REWOQUAT®WE 45处理的织物也表现出优异的再润湿性能。

2.4 抗静电性测试

织物，尤其是合成纤维织物（如涤纶）在干燥、穿着等过程中由于摩擦容易产生静电，所产生的静电使纤维容易起毛，甚至起球、吸灰、玷污，用其制作的服装太贴身，使人感觉不舒服[8]。阳离子表面活性剂带有正电荷，而大多数纤维表面带负电荷，当阳离子表面活性剂吸附在织物表面时，由于相反电荷的中和，降低了织物表面的静电；同时，处理后的织物表面更加顺滑，降低了织物表面的摩擦系数，减少织物表面因摩擦而产生的静电。

此外，不同的阳离子表面活性剂，其处理的织物的抗静电性能也不同。本课题对各种类型的阳离子表面活性剂的抗静电效果进行了测试，测试方法参照GB/T 16801，测试结果用织物表面比电阻对数值降低来表示，结果如图3所示。

由图3可以看出，REWOQUAT®WE 45的抗静电性能最好，其次是REWOQUAT®WE18E ，VARISOFT®3690 和VARISOFT®222 LM，最差的是ADOGEN®442和D1821。这是因为阳离子表面活性剂的亲水性能越好，就越能加快处理后的织物上的静电荷逸散速度，因此其处理的织物抗静电性也越好。

2.5 不同类型阳离子表面活性剂其他性能比较

此外，文中还对不同阳离子表面活性剂的生物降解性[9]、配置温度、使用浓度范围进行了比较，结果如表3所示。

由表3可见，冷配型酯基季铵盐阳离子表面活性剂REWOQUAT®WE 45和REWOQUAT®WE 18 的生物降解性优于其他品种，前者配制温度低，可使用的温度25℃，较低。

3. 结论

表3 不同类型阳离子表面活性剂比较

随着技术和应用的发展，人们发现作为柔软剂原料的每一种阳离子表面活性剂都有其优缺点，没有一个产品在各方面都是最理想的，而实验也证实了这一点。然而，随着人类对自身的生存环境越来越重视，环保、低碳、节能、减排已成为各行业发展的主导。消费者的环保意识越来越强，他们越来越倾向于购买有绿色环保标志的产品。织物清洁护理行业也不例外，在当今，无磷化已经深入人心，而浓缩化、易生物降解也正得到大力倡导。冷配型酯基季铵盐阳离子表面活性剂REWOQUAT®WE 45具有不错的应用性能，而且其易生物降解；在生产过程中无需加热，常温即可完成配置，节约生产时间，减少能量消耗；此外，它还可以配置成浓缩化产品，减少了运输和包装成本。因此，REWOQUAT®WE 45符合当今提倡的新清洁行业可持续发展的需要，在未来的发展中具有广阔的应用前景。

[1]MATTEW Ⅰ. LEVINSON. Rinse-added fabric softener technology at the close of the twentieth century [J]. Journal of surfactants and detergents, Vol.2,NO.2(April 1999):223-235.

[2]MEHWISH AKRAM, WAHEEDUZ ZAMAN, ZAIB HUSSAIN MUHANMMAD SALMAN, et al.Synthesis of tallow based esterquat[J]. Journal of scientific research, June, 2010, ISSN 0555-7674: 31-36.

[3]L.H.HUBER. Ecological behavior of cationic surfactants from fabric softeners in the aquatic environment [J]. JAOCS, vol. 61,No.2, February 1984:377-382.

[4]王锋，沈国康，董利敏，等.家用织物柔软剂[J].印染，2011,(9): 45-48.

[5]New fabric softening agent gives formulators greater flexibility [N]. IHS chemical week,January 30, 2012 (6).

[6]王亚，高卫东，卢雨正.织物柔软性的主客观评价[J].纺织学报，2008，29(5):22-25.

[7]曹建达.棉织物手感主观评定的模糊综合评判[J].纺织学报，2003，24（1）：27-29.

[8]王宇明，任秀艳，李晓玲.阳离子表面活性剂用于消除涤纶纤维静电[J].吉林工学院学报，2002.6，23（2）：45-46.

[9]强鹏涛，于文.中国衣物柔顺剂市场现状及发展趋势[C]. 第29届洗涤用品行业年会，2009：80-85