聚甘油脂肪酸酯与AEO9复配性能研究

耿二欢，孙永强，张 勇，孙晋源, Martino Di Serio

（1. 中国日用化学工业研究院，山西 太原 030001; 2. University of Naples Fedrico Ⅱ, 80126 Napoli, Italy）

聚甘油脂肪酸酯与AEO9复配性能研究

耿二欢1，孙永强1，张 勇1，孙晋源1, Martino Di Serio2

（1. 中国日用化学工业研究院，山西 太原 030001; 2. University of Naples Fedrico Ⅱ, 80126 Napoli, Italy）

聚甘油脂肪酸酯与 AEO9复配，对复配体系的性能进行测定，结果表明：m(AEO9)∶m(PGFE)为8∶1时复配体系的cmc和γcmc最低，泡沫体积最大，泡沫稳定性最好； m(AEO9)∶m(PGFE)为1∶2时对体系石蜡的乳化力最强，m(AEO9)∶m(PGFE)为2∶1对大豆油的乳化力最强；复配体系的润湿性能有所提高。

聚甘油脂肪酸酯；AEO9；表面活性；应用性能

表面活性剂的表面活性以及其它性能，主要取决于其分子结构特点，即疏水基和亲水基的组成，但又与体系所处的物理化学环境有密切关系，特别是有其它表面活性剂存在时的分子相互作用的影响。实践中发现，在一种表面活性剂中加入另一种表面活性剂时，其溶液的物理化学性质有明显的变化，而此种性质是原组分本身所不具有的。在绝大多数情况下，复配的表面活性剂具有比单一表面活性剂更为良好的应用效果，具体体现在降低表面张力、临界胶束浓度(CMC)及导致表面吸附增加和体系溶液其他性质的变化，如泡沫、乳化及润湿能力的增加正由于此，十余年来有关表面活性剂混合体系的研究非常活跃[1-6]。

高聚甘油脂肪酸单酯具有高分子量、高粘度、高亲水性的特点；制备原料为甘油和天然油脂，原料易得，制备方法简单，大大降低了成本，使其价格远低于常见的非离子表面活性剂AEO9。与AEO9复配如能提高其性能，这将降低AEO9的应用成本。因此，本文将对高聚甘油脂肪酸单酯与 AEO9的复配性能进行研究。

1 实验部分

1.1 试剂与仪器

正试剂：高聚甘油脂肪酸单酯（自制）; AEO9,工业级，广州市宝吉丽化工有限公司；液体石蜡为化学纯，由天津市天新精细化工开发中心提供；大豆油为市售，嘉里粮油有限公司。

仪器：K12型表面（界面）张力仪，德国 Kr üss公司；FA2004A 电子天平，上海精天电子仪器有限公司；改进 ROSS 泡沫仪，中国日用化学工业研究院；帆布，202号棉布，上海染料公司。

1.2 试验方法

表面张力的测定：吊片（铂片）的长度和厚度分别为19.9 mm和0.2 mm。用二次蒸馏水（25 ℃下表面张力约为71 mN/m）配制样品水溶液，采用德国Krüss K12 表面张力仪在25 ℃下测定溶液的表面张力γ，并绘制γ-log c 的关系曲线，转折点处相应的浓度为临界胶束浓度cmc，相应的表面张力为γcmc。

泡沫性能：按 GB/T7462-1994[7]《表面活性剂发泡力的测定 改进 Ross-Miles 法》规定的方法进行，比较2.5 g/L溶液在50 ℃时的泡沫性能。

乳化性能：用移液管分别移取40 mL 质量分数为0.15 %试样溶液和40 mL 测试用油(分别为液体石蜡油和食用大豆色拉油) 于有玻璃塞的锥形瓶中，上下猛烈振动锥形瓶5 次，静置1 min ，重复5次，将此乳浊液倒入100 mL 量筒，立即用秒表记录水相分出10 min 的时间，取5次测定结果平均值，时间越长表明乳化力越强。

测定方法[8]：采用帆布沉降实验，根据帆布浸没于表面活性剂溶液时，溶液取代帆布中包藏的空气所需要的时间(润湿时间)，对表面活性剂进行润湿性能评价。测定方法：配制1.5 g/L的待测表面活性剂水溶液，取1 000 mL该待测表面活性剂水溶液注入1 000 mL烧杯中，将鱼钩尖端钩入帆布圈距边约2～3 mm处，鱼钩的另一端缚以丝线，丝线末端打一个小圈，套入丝线架中心处(铁丝架搁在烧杯边上)，将帆布片浸入试样液，当布片下端一接触溶液，立即开启秒表。液体逐渐使帆布润湿，至相对密度大于试液时帆布圈开始下沉，当帆布片开始自动下沉时停止秒表，立即终止秒表，记录沉降所需时间。使用同一溶液连续重复测量3次，每次测量后弃去用过的帆布圆片。取平均值即得该试样液的润湿时间。时间越短，表面活性剂的润湿性能越好。

2 实验结果与讨论

2.1 表面张力

正测定了高聚甘油脂肪酸酯(PGFE)溶液的表面张力和临界胶束浓度 cmc，并测定了 m(AEO9)∶m(PGFE)分别为 1∶0,12∶1,10∶1,8∶1,6∶1, 4∶1, 2∶1,1∶2,1∶4, 和 1∶6时溶液的表面张力和临界胶束浓度cmc。γ-LgC的关系曲线见图1所示。

图1 AEO9/PGFE不同质量比复配溶液的γ-LgC曲线Fig. 1 γ-LgC curves of AEO9/PGFE mixed systems

复配体系的cmc及γcmc见表1，从表1可以看出，PGFE溶液的cmc，要比AEO9的cmc高出很多，说明AEO9的应用效率比PGFE要高很多；而两者γcmc相差不是很大。复配体系的cmc比单一的PGFE溶液低，体系随着AEO9量的增加，cmc和γcmc呈下降趋势，且m(AEO9)∶m(PGFE)为8∶1时复配体系的cmc和γcmc最低。由于混合表面活性剂分子大小不同，使其胶束更易形成，从而降低体系的cmc。混合胶束形成后，表面活性剂分子极性头基之间的空隙变小，表面活性剂亲水基周围的定向水分子减少，自由水分子增多，体系混乱度变大，从熵增加的原理来看，也使胶束易于形成[9]。

表1 AEO9/PGFE不同质量比复配溶液的cmc及γcmcTable 1 cmc and γcmcof AEO9/PGFE mixed systems

2.2 泡沫性能的测试

测定了高聚甘油脂肪酸酯(PGFE)溶液的泡沫体积及泡沫稳定性，并测定了m(AEO9)∶m(PGFE)分别为 1∶0,12∶1,10∶1,8∶1,6∶1,4∶1,2∶1,1∶2,1∶4复配体系的发泡力及泡沫稳定性，其测定结果如表2所示。

表2 AEO9/PGFE不同质量比复配溶液的发泡力Table 2 Foaming power of AEO9/PGFE mixed systems

由表2可知，PGFE本身产生的泡沫体积很小，基本上可以忽略不计，但是随着 AEO9量的增加，泡沫体积越来越大，在 m(AEO9)∶m(PGFE)为1∶2时发泡力就已经高于AEO9，在比例为8∶1时达到最大，要比AEO9体系的泡沫体积高出1倍左右。复配体系具有较高的泡沫稳定性，而单纯的 AEO9体系泡沫稳定性很差，10 min之后泡沫基本消失。低表面张力对于泡沫的形成有利，生成一定总表面积的泡沫时，可以少做功。但是不能保证生成的泡沫就会有良好的稳定性，形成泡沫的液膜有一定的强度、不易破裂是泡沫稳定的基本条件。聚甘油脂肪酸酯中含有较多的亲水性基团羟基，可以在表面膜中起到分子间氢键缔合的作用，使得气泡内活性物分子结构更紧密，因而可以增强泡沫的抗变形性和弹性。PGFE粘度大，与AEO9复配增加了液体的粘度，从而增加了液膜表面强度，也使液膜的二表面膜临近的液体不易排出。液体本身粘度大，则液膜中液体排出较为不易，液膜厚度变小的速度较慢，延长了液膜破裂时间，增加了泡沫的稳定性。

2.3 乳化性能的测试

测定了m(AEO9) ∶m(PGFE)分别为1∶0, 12∶1,10∶1,8∶1, 6∶1,4∶1,2∶1,1∶2,1∶4时复配溶液对液体石蜡和食用大豆油的乳化能力，实验结果见表3。

表3 AEO9/PGFE不同质量比复配溶液的乳化能力Table 3 The emulsifying ability of AEO9/PGFE mixed systems

由表3可以看出，AEO9对大豆油的乳化能力均优于PGFE，而对石蜡的乳化能力低于PGFE，且复配体系对大豆油和石蜡的乳化能力都高于单一组分。m(AEO9)∶m(PGFE)为1∶2时对石蜡的乳化能力最强，复配体系对大豆油的乳化能力在m(AEO9)∶m(PGFE)为2∶1时出现极大值。

表面括性剂的乳化能力，取决于许多因素，表面活性剂在油水界面形成膜的牢固程度、它本身的亲水亲油平衡、油相的亲水亲油值等。复配体系混合比改变时，体系的亲水亲油值发生变化，而体系的亲水能力过强、过弱，都不能很好的乳化油相，仅当混合表面活性剂的亲水亲油值(HLB)和油的HLB值相当时，才会形成稳定的乳状液，故出现极大值。

2.2 润湿力的测试

通常将润湿速度作为考察润湿性能的一个主要指标，根据一定浓度下表面活性剂溶液的润湿时间衡量体系的润湿性能。不同质量比下复配体系的润湿力测定结果见表4。

从表4中可以看出，复配体系的润湿力与AEO9相比有所下降，但明显优于PGFE，而且随着AEO9量的增加，复配体系的润湿力明显上升。液体润湿固体的能力取决于它的表面张力，表面张力越低，润湿能力越强；AEO9具有较低的cmc和γcmc， AEO9具有较高的润湿力；复配体系的cmc和γcmc要比PGFE溶液小，复配体系的润湿力要高于PGFE溶液。

表4 AEO9/PGFE不同质量比复配溶液的润湿力Table 4 Wetting power of AEO9/PGFE mixed systems

3 结 论

PGFE与AEO9复配体系的cmc和γcmc比单一的PGFE溶液低，复配体系随着AEO9量的增加，cmc和γcmc呈下降趋势，且m(AEO9)∶m(PGFE)为8∶1时复配体系的cmc和γcmc最低。PGFE本身发泡力小，与AEO9复配能提高AEO9的发泡力和泡沫稳定性，在m(AEO9):m(PGFE)为8∶1时发泡力达到最大，且具有较高的泡沫稳定性。AEO9对大豆油的乳化能力优于PGFE，而对石蜡的乳化能力低于PGFE，m(AEO9)∶m(PGFE)为1∶2时对石蜡的乳化能力最强，复配体系对大豆油的乳化能力在m(AEO9)∶m(PGFE)为2∶1时出现极大值。复配体系的润湿力与AEO9相比有所下降，但明显优于PGFE，而且随着AEO9量的增加，复配体系的润湿力明显上升。

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Research on Mixing Properties of Polyglycerol Fatty Acid Ester and AEO9

GENG Er-Huan1, SUN Yong-qiang1, ZHANG-Yong1, SUN Jin-yuan1，Martino Di Serio2
(1. China Research Institute of Daily Chemical Industry, Shanxi Taiyuan 030001, China；2. University of Naples Fedrico Ⅱ, 80126 Napoli, Italy)

The properties of the mixed system of polyglycerol fatty acid ester (PGFE) and AEO9were investigated. The results are as follows: When PGFE:AEO9=8:1, the mixed system has the lowest cmc and γcmc, the largest foam volume and the best foam stability; As for liquid paraffin, the emulsifying property reaches the best at the ratio of PGFE:AEO9=1:2; the emulsifying property for soybean oil reaches the best while the ratio is PGFE:AEO9=2:1. The wettability of the mixed system can be much improved.

Polyglycerol fatty acid ester; AEO9; Surface activity; Application properties

TQ 645.600

A

1671-0460（2014）12-2529-03

国家国际科技合作专项项目，项目号：2013DFA42120。

2014-05-25

耿二欢（1987-），女，河南许昌人，在读硕士，中国日用化学工业研究院，研究方向：表面活性剂合成及性能。E-mail：gengerjiayou@163.com。