糖基双子阳离子表面活性剂与十二烷基硫酸钠复配性能研究

2019-01-30杨许召李妮妮邹文苑

日用化学工业 2019年1期

王军，杨许召，李妮妮，邹文苑

（1.郑州轻工业学院材料与化学工程学院，河南郑州 450002；2.西安开米股份有限公司，陕西西安 710061）

目前已经实现工业化的糖基表面活性剂有烷基多苷、葡糖酰胺和糖酯等[1，2]。传统的季铵盐型表面活性剂具有良好的抗静电、柔软、防腐、杀菌等性能，但缺点是刺激性较强以及与阴离子表面活性剂的复配性差。将糖基表面活性剂的温和性与季铵盐型表面活性剂的高效性进行结合，在保持季铵盐型表面活性剂性能特点的基础上降低它的刺激性，提高与阴离子表面活性剂的复配性，是近年来表面活性剂研究的热点。目前报道的糖基阳离子表面活性剂主要是在阳离子表面活性剂上引入糖基[3-7]，而对糖基双子阳离子表面活性剂（SGCS，分子式见图1）与阴离子表面活性剂复配性能研究鲜有报道。笔者通过分光光度法和吊片法测定实验室合成的SGCS与十二烷基硫酸钠（K12）的复配性能，对其复配体系的表面活性进行评价。

图1 SGCS结构Fig.1 Structure of SGCS

1 实验部分

1.1 主要试剂及仪器

糖基双子阳离子表面活性剂（SGCS），质量分数大于98%，葡萄糖平均聚合度为1.4，参照文献[8]实验室自制，根据疏水基碳链长度将产品分别标记为C8-SGCS、C10-SGCS、C12-SGCS、C14-SGCS和C16-SGCS；十二烷基硫酸钠（K12），化学纯，中轻物产化工有限公司；十六烷基三甲基溴化铵（CTAB），分析纯，天津市光复精细化工研究所；超纯水，自制。

722型分光光度计，四川分析仪器厂；K100自动界面张力仪，德国Krüss公司；TTL-10A超纯水器，北京同泰联科技发展有限公司。

1.2 实验方法

1.2.1 阴-阳离子表面活性剂复配体系稳定性实验

配制活性物总摩尔浓度为0.01 mol/L的复配溶液，SGCS/K12和CTAB/K12摩尔复配比分别为1∶0，7∶1，3∶1，5∶3，1∶1，3∶5，1∶3，1∶7和0∶1，振荡溶液使其混合均匀，紫外可见分光光度计在740 nm处测定溶液透光率，进而判断复配溶液稳定性。参比溶液为未加入K12的相同摩尔浓度SGCS水溶液。

1.2.2 阴-阳离子表面活性剂复配体系表面张力测定

SGCS/K12复配溶液配制：配制高浓度SGCS及K12水溶液，根据所需SGCS/K12物质量之比计算需移取SGCS与K12溶液体积，将其分别转入100 mL容量瓶，稀释至刻度、摇匀，静置过夜使体系达到稳定。

表面张力测定：采用吊片法，在不同温度下使用自动界面张力仪测定SGCS/K12复配溶液表面张力（γ），绘制表面张力对溶液摩尔浓度（c）曲线。根据γ-c曲线计算临界胶束浓度（cmc），cmc时表面张力（γcmc）和降低表面张力的效率（pc20）。pc20=-lg c20，c20是根据γ-c曲线计算水的表面张力被降低20 mN/m时所需表面活性剂摩尔浓度。

2 结果与讨论

2.1 复配体系稳定性

2.1.1 阳离子表面活性剂种类

测定1.2.1复配体系透光率判定复配体系稳定性，透光率越大，稳定性越好，实验结果见表1。

表1 C16-SGCS/K12与CTAB/K12复配溶液透光率Tab.1 Transmittance of the two mixtures of C16-SGCS/K12 and CTAB/K12

由表1可以看出，C16-SGCS/K12复配体系稳定性整体比CTAB/K12复配体系稳定性好。复配比对CTAB/K12复配体系透光率影响比较显著，特别是在复配比为1∶1时透光率仅为2.0%。相比较，C16-SGCS/K12复配体系受复配比影响较小，在3∶5时透光率最低。因为普通阴、阳离子表面活性剂复配时发生电性中和，降低了表面活性剂的亲水性，特别是在复配比为1∶1时更易转变成絮团或沉淀[9]。SGCS由于在中间连接基处引入了糖苷基，一方面由于葡萄糖具有多个羟基，能与水分子形成氢键，提高了表面活性剂亲水性；另一方面中间连接基使阳离子亲水头位阻增加，减弱了阴、阳离子结合的紧密度，使之较难产生沉淀或分相。

2.1.2 SGCS疏水基碳链长度

控制总活性物摩尔浓度为0.01 mol/L，测定不同疏水基碳链长度SGCS与K12复配体系透光率，结果见表2。

由表2可以看出，随着疏水基碳链长度的增加，相同配比SGCS/K12复配体系透光率逐渐下降，稳定性变差。这是由于疏水基碳链越长，表面活性剂亲水性越低，且长碳链表面活性剂Krafft点也较高，二者均影响其透光率；同时可以看出，SGCS/K12复配体系在很大复配比范围内透光率达到90%以上，说明SGCS/ K12复配体系表现出很好的稳定性。

表2 不同疏水基碳链长度的SGCS /K12复配溶液透光率Tab.2 Transmittance of the blend systems of SGCS /K12

2.2 复配体系表面活性

测定30 ℃单组分溶液及C14-SGCS/K12不同摩尔复配比时体系的表面张力与摩尔浓度关系曲线，实验结果见图2。

图2 C14-SGCS/K12复配体系表面张力与摩尔浓度关系曲线Fig.2 Th e surface tension curves of C14-SGCS/K12 with different molar ratios

由图2可以看出，混合体系表面张力均低于单一表面活性剂表面张力，说明不同比例的C14-SGCS/K12混合体系均具有协同增效作用。γ-lg c曲线上K12单一组分出现最低值现象，而复配体系中没有此现象出现。这是由于K12单一组分中含有能提高表面活性的杂质，经过复配后，体系的表面活性提高，形成胶束后cmc值下降，与体系中含有杂质对体系cmc的影响能力基本相当，所以随着杂质增溶到胶束后，体系表面张力并不会上升，最低点消失[10]。由图2确定C14-SGCS/K12复配体系的cmc、γcmc及pc20列于表3。

由表3可知，cmc、γcmc随着复配体系中K12加入量的增加均出现先下降后上升的规律，cmc、γcmc在复配比为3∶5时出现最低值，pc20出现最大值，达到最高协同增效作用。

表3 C14-SGCS /K12复配体系表面活性（30 ℃）Tab.3 The surface activity of blend systems of C14-SGCS /K12 at 30 ℃

复配体系cmc均比K12单一组分的cmc低两个数量级，也低于C14-SGCS的cmc，说明C14-SGCS与K12存在较强相互作用，具有协同增效作用。n（C14-SGCS）∶n（K12）为1∶7～7∶1，混合体系cmc均较低，形成混合胶束能力较强；当n（C14-SGCS） ∶n（K12）=3∶5时出现最低值，说明在此配比下协同效应最大。从cmc下降程度与复配比的关系可以看出，在K12中加入少量的C14-SGCS可以显著改善体系的表面活性，但在C14-SGCS中加入少量K12对体系表面性能改善不明显。这是因为C14-SGCS的表面活性明显高于K12，K12中加入少量C14-SGCS形成的混合体系表面活性明显提高所致。

复配体系γcmc均低于单一组分γcmc，表现出很好的协同作用，与cmc的变化规律相似，不同的是γcmc降低更明显。当n（C14-SGCS）∶n（K12）=3∶5时γcmc最小，达到23.69 mN/m，降低水的表面张力的效能明显提高。