阳-非-阴离子表面活性剂三元体系的复配与应用

2023-01-03徐晓敏陈亚萍闫国伦

印染助剂 2022年11期

徐晓敏，陈亚萍，闫国伦

（江阴职业技术学院环境与材料工程系，江苏江阴 214433）

表面活性剂按照亲水基团类型的不同可以分为阳离子型、阴离子型、非离子型等。目前，不同类型的表面活性剂复配已经成为表面活性剂研究领域的一个热点［1-3］，表面活性剂复配后，一方面由于分子间的相互作用，极性基团之间的静电斥力减弱，排列更加紧密；另一方面由于疏水效应，两个烃链之间相互吸引。因此，溶液中的表面活性剂分子更紧密地排列并吸附在表面上，更有可能形成胶束，复合表面活性剂体系具有原表面活性剂单组分不具有的协同作用。表面活性剂复配不仅可以提高单一表面活性剂的表面性能，获得较好的应用效果，还能降低表面活性剂用量，保护环境［4-6］。

目前关于阳-非-阴离子表面活性剂三元复配的基础研究和应用研究在我国相对较少，阳-非-阴离子表面活性剂三元复配体系的表面张力与表面活性剂品种、浓度都有密切关系，优选三元复配体系配方成为研究的首选目标。本研究采用阳离子表面活性剂十二烷基二甲基苄基氯化铵（1227）作为原料，将其同阴离子表面活性剂十二烷基羧酸钠、非离子表面活性剂辛癸基葡萄糖苷（APG0810）进行三元复配，并测试其表面张力和泡沫力。

1 实验

1.1 原料与仪器

原料：十二烷基二甲基苄基氯化铵（40%）、十二烷基羧酸钠（100%）、辛癸基葡萄糖苷（50%）（山东优索化工有限公司），硫酸镁（MgSO4·7H2O）、氯化钙（CaCl2）（分析纯，上海沪试化工有限公司）。仪器：QBZY 型表面张力仪（上海方瑞仪器有限公司）。

1.2 测试

1.2.1 表面张力

采用超纯水把表面活性剂按不同配比配成水溶液，参考GB/T 22237—2008《表面活性剂表面张力的测定》采用平板法测定。

1.2.2 泡沫力

采用超纯水把表面活性剂按不同配比配成水溶液，参考GB/T 13173—2008《表面活性剂洗涤剂试验方法》采用Ross-Miles 法测定。

2 结果与讨论

2.1 阴离子表面活性剂复配比例的影响

固定阳离子表面活性剂十二烷基二甲基苄基氯化铵（1227）、非离子表面活性剂辛癸基葡萄糖苷（APG0810）物质的量比为4∶1，改变阴离子表面活性剂十二烷基羧酸钠的比例进行复配，并测试表面张力和泡沫力，结果如表1、图1～图3所示。

表1 不同阴离子表面活性剂配比下复配体系的表面张力和泡沫力

图1 不同阴离子表面活性剂配比下复配体系的表面张力变化曲线

由表1 和图1 可知，阴离子表面活性剂十二烷基羧酸钠的加入，使表面张力由1227、APG0810 二元复配体系的32.27 N/m 下降到阳-非-阴离子三元复配体系（物质的量比为4∶1∶16）的最低值25.35 N/m，降幅达21.44%；之后随着阴离子表面活性剂浓度的增加，表面张力逐步上升。这表明阴离子表面活性剂的加入不仅是自身的表面活性作用，在浓度比例适当时，可能产生了阴包阳、阳包阴或者阳包阴再包阴等多种结构，从而发生了协同作用，使表面张力发生了较大改变，这与双电层理论的解释相符［7］。

由表1、图2、图3 可以看出，阴离子表面活性剂十二烷基羧酸钠的加入，使泡沫高度由阳-非离子二元复配体系的366 mm（原液0 min）增加到阳-非-阴离子三元复配体系（物质的量比为4∶1∶16）的最大值471 mm，增幅为28.70%，5 min泡沫高度变化由106 mm（260～366 mm）降低为21 mm（450～471 mm），泡沫稳定性大大增强。对比稀释后的泡沫高度，同样证明泡沫稳定性好。在阳-非-阴离子表面活性剂复配比例为4∶1∶16 时，溶液稀释5 倍、10倍后的泡沫高度由原来的471 mm变为440、420 mm，变化幅度为6.58%和10.80%，5 min 泡沫高度变化为21、15、12 mm。以上数据说明在这个复配比例下，溶液的起泡性能和泡沫稳定性均非常好。

图2 不同阴离子表面活性剂配比下复配体系的泡沫力

图3 不同阴离子表面活性剂配比下复配体系的泡沫稳定性（5 min）

2.2 阳离子表面活性剂复配比例的影响

固定阴离子表面活性剂十二烷基羧酸钠以及非离子表面活性剂辛癸基葡萄糖苷APG0810 物质的量比为16∶1，改变阳离子表面活性剂1227 的比例进行复配，并测试表面张力以及泡沫力，结果如表2、图4～图6所示。

表2 不同阳离子表面活性剂配比下复配体系的表面张力和泡沫力

图4 不同阳离子表面活性剂配比下复配体系的表面张力变化曲线

由表2 和图4 可以看出，阳离子表面活性剂1227的加入，使表面张力由阴-非离子二元复配体系的32.12 N/m 下降到阳-非-阴离子三元复配体系（物质的量比为4∶1∶16）的最低值25.35 N/m，降幅达21.08%；之后随着阳离子表面活性剂1227浓度的增加，表面张力逐步增大，这同时印证了2.1中所述的双电层理论。

由表2、图5、图6 可看出，阳离子表面活性剂的加入使泡沫高度由阴-非离子二元复配体系的429 mm（原液0 min）增加到阳-非-阴离子三元复配体系（物质的量比为4∶1∶16）的最大值471 mm，增幅为9.8%，原液5 min 泡沫高度变化由27 mm（402～429 mm）降低为21 mm（450～471 mm），泡沫稳定性增强。

图5 不同阳离子表面活性剂配比下复配体系的泡沫力

图6 不同阳离子表面活性剂配比下复配体系的泡沫稳定性（5 min）

2.3 非离子表面活性剂复配比例的影响

固定阳离子表面活性剂1227、阴离子表面活性剂十二烷基羧酸钠物质的量比为1∶4，改变非离子表面活性剂APG0810 的比例进行复配，并测试表面张力和泡沫力，结果如表3、图7～图9所示。

表3 不同非离子表面活性剂配比下复配体系的表面张力和泡沫力

图7 不同非离子表面活性剂配比下复配体系的表面张力变化曲线

由表3、图7 可看出，非离子表面活性剂APG0810的加入，使表面张力由阴-阳离子二元复配体系的27.56 N/m 下降到阳-非-阴离子三元复配体系（物质的量比为4∶1∶16）的最低值25.35 N/m；之后随着非离子表面活性剂的加入，表面张力变化不大，综合来看表面张力降幅为8.02%，低于2.1 的21.44%和2.2的21.08%，说明非离子表面活性的加入没有产生很大的协同作用，仅是因为表面活性剂本身的结构特点，分子中具有多个羟基，亲水性较强，使得表面活性剂分子在表面排列的紧密程度稍有变化。由于非离子表面活性剂没有影响到溶液里面阴阳离子表面活性剂形成的胶束，当非离子表面活性剂APG0810的浓度达到0.002 942 mol/L 后，继续增加浓度，因为表面活性剂排列紧密程度已经达到极致，表面张力不再变化。

由表3、图8、图9 可以看出，非离子表面活性剂的加入对阴-阳离子表面活性剂复配体系的泡沫高度稍有影响，开始时随着非离子表面活性剂的加入，泡沫高度增高，由阴-阳离子二元复配体系（原液0 min）的450 mm 增加到阳-非-阴离子三元复配体系（物质的量比为4∶1∶16）的471 mm，增幅为4.67%，原液泡沫高度变化由20 mm（430～450 mm）变为21 mm（450～471 mm）。对比稀释后的泡沫高度变化不大，泡沫稳定性较好。