三种不同类型甜菜碱表面活性剂的发泡及增稠性能研究

王培义1 闫铨钊1 梁晓军2(1.郑州轻工业学院化学工程系,郑州450002;2.郑州大学化工学院,郑州450002)

摘要:分别测定了水中十二烷基甜菜碱(DB)、椰油酰胺丙基甜菜碱(CAPB)和十二烷基羟丙基磺基甜菜碱(DHSB)在不同温度、硬度、pH值及其不同质量分数下的发泡性能,并用上述3种甜菜碱分别与AES和

6501

复配,测定了它们的增稠性随温度、pH值、NaCl的质量分数及3种甜菜碱在溶液中质量分数的变化。结果表明:在测量范围内,3种甜菜碱的发泡性随温度和在溶液中质量分数的升高而升高,且几乎不受水中CaCO3质量浓度的影响。DHSB的发泡性受其在溶液中质量分数和pH值的影响较大,在w

(甜菜碱)

<0.15%和pH=

5条件下,DHSB的发泡性较DB和CAPB差;当pH=9时,其发泡性优于DB和CAPB。添加甜菜碱的体系易被NaCl增稠,3种甜菜碱的增稠性随NaCl的质量分数的增加均出现最大值,其峰值是未加甜菜碱的6～7倍,

且在微酸性条件下甜菜碱的增稠效果更为明显。关键词:甜菜碱　两性表面活性剂　发泡性　增稠性

甜菜碱类表面活性剂具有优良的洗涤发泡性、增稠性、抗硬水性以及低刺激性、调理性、抗菌性、生物降解性等特点,广泛应用于日用品及工业助剂配方中[1]。在甜菜碱类表面活性剂中最主要的品种是十二烷基甜菜碱(DB)、椰油酰胺丙基甜菜碱(CAPB)、十二烷基羟丙基磺基甜菜碱(DHSB)等。有关此类表面活性剂的合成与性能已有研究报道[1～3]。甜莱碱类表面活性剂具有多种功能,但在许多液体洗涤剂配方中选用它的主要原因是由于它具有优良的协同增稠作用及发泡、稳泡作用。笔者进一步研究了几种甜菜碱表面活性剂的发泡性能以及它对以AES为主的表面活性剂体系的增稠性能。1　实　验1.1　主要原料及仪器十二烷基甜菜碱(DB),w=29.92%;椰油酰胺丙基甜菜碱(CAPB),w=34.65%;十二烷基羟丙基磺基甜菜碱(DHSB),w=36.40%;脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠(AES),w=72.63%;月桂酸二乙醇酰胺(6501,1∶1型)均为工业品。其他为分析纯。Ross2Miles泡沫仪;NDJ21型旋转粘度计。1.2　测试方法发泡性采用GB/T1317316—91法测定;粘度采用GB5561—85法测定。2　结果及讨论2.1　甜菜碱类表面活性剂的发泡性能2.1.1　3种甜菜碱的发泡性在不同温度下随其在溶液中质量分数的变化在去离子水中,分别测定了DB、CAPB、DHSB在质量分数为0.05%～0.30%时的泡沫高度,结果见图1。

图1　不同温度下甜菜碱的质量分数与泡沫高度的关系由图1可见,此类表面活性剂具有优良的发泡性能,在测量范围内,3种甜菜碱的发泡性均随温度和在溶液中质量分数的升高而升高。w(甜

收稿日期:20020311;修改稿收到日期:20030113。作者简介:王培义(1961),教授,主要从事表面活性剂、合成洗涤剂、化妆品等精细化学品的教学与研究工作,已发表论文40余篇。

2003年3月精　细　石　油　化　工SPECIALITYPETROCHEMICALS第2期菜碱)=0.05%时,DB的发泡性优于CAPB和DHSB;而w(甜菜碱)=0.3%时,DHSB的发泡性优于DB和CAPB。在测定温度范围内,w(DHSB)<0.1%时,发泡性较差。2.1.2　3种甜菜碱的发泡性在不同硬水中随其在溶液中质量分数的变化在40℃,CaCO3的质量浓度分别为0,150mg/L和250mg/L的硬水中,分别测定了DB、CAPB和DHSB在不同质量分数时的泡沫高度,结果见图2。图2　不同硬度水中甜菜碱的质量分数与泡沫高度的关系A—ρ(CaCO3)=0mg/L;B—ρ(CaCO3)=150mg/L;C—ρ(CaCO3)=250mg/L由图2可见,在测定范围内,甜菜碱系表面活性剂具有优良的抗硬水性,DB和CAPB的发泡性几乎不随水中CaCO3的质量浓度的变化而变化。DHSB的发泡性随水硬度的增加而提高,如w(DHSB)=0.1%、无CaCO3时,泡高为157mm;ρ(CaCO3)=150mg/L时,泡高为167mm;ρ(Ca2CO3)=250mg/L时,泡高为174.5mm。在硬水中,DHSB的发泡性随其在溶液中质量分数的增加而有较大提高,如w(甜菜碱)<0.1%时,其发泡性明显不如DB和CAPB;而当w(甜菜碱)>0.2%时,其发泡性优于DB和CAPB。3种甜菜碱的优良抗硬水性是因为其分子中包含一个大的极性亲水头,这一结构特征,决定了它具有强的抗硬水性[2]。2.1.3　3种甜菜碱的发泡性在不同pH值条件下随其在溶液中质量分数的变化在40℃去离子水中,分别测定了DB、CAPB和DHSB在不同pH值条件下的泡沫高度,结果见图3。由图3可以看出,在测定pH范围内,DB和CAPB的泡沫高度随pH值的变化不大。而DHSB的发泡性受pH值的影响较大,在pH=5,w(甜菜碱)<0.15%时,DHSB的发泡性较DB和CAPB差,而在pH=9时,其发泡性优于DB和CAPB。因此DHSB在应用中为了达到较好的发泡性能,不仅在溶液中要达到一定的质量分数,而且要控制体系pH值为中性或碱性。

图3　不同pH条件下甜菜碱质量分数与泡沫高度的关系2.2　甜菜碱系表面活性剂的增稠性能2.2.1　3种甜菜碱在不同温度下的增稠性能取10gAES、5g6501混合均匀,分别加入不同质量分数的DB、CAPB和DHSB,加水至100g,

分别测定20,40,60℃时的粘度,结果见图4所示。

图4　不同温度下甜菜碱的质量分数与粘度的关系由图4可见,不同温度下体系的粘度随甜菜碱的质量分数的增加而提高,随温度的升高而降低。当w(甜菜碱)<3%时,增稠效果不明显;当w(甜菜碱)>3%时,3种甜菜碱才有较好的增稠

效果,且DB和CAPB的增稠性优于DHSB。如20℃,w

(甜菜碱)=4.0%时,DB和CAPB的粘

度均为5.9×10

-2

Pa・s;而DHSB的粘度为3.36

×10

-2

Pa・s。甜菜碱类两性表面活性剂的增稠

作用是由于其分子中带正、负电荷中心彼此间的相互作用,使其临界胶团浓度比相应的阴离子表面活性剂低,与阴离子表面活性剂混合易形成棒状胶团,粘度增大[2]。2.2.2　NaCl对体系粘度的影响取10gAES、5g6501,甜菜碱2g(100%

计),加水至100g。向该体系中加入不同质量分数的NaCl,在25℃分别测定其粘度,并与不加甜菜碱时进行比较,结果见图5。

11第2期王培义等.三种不同类型甜菜碱表面活性剂的发泡及增稠性能研究　图5　NaCl的质量分数与粘度的关系1—AES+6501+CAPB;2—AES+6501+DHSB;3—AES+6501+DB;4—AES+6501由图5可以看出,体系粘度均随NaCl的质量分数的增加出现最大值,其峰值是未加甜菜碱的6～7倍,表明添加甜菜碱的体系易被NaCl增稠。这是因为NaCl的加入使表面活性剂溶液中胶团的双电层压缩,减少了离子头之间的相互作用,胶团聚集数增加形成六角型的棒状胶团,溶液的粘度增加。NaCl过量后,正负离子聚集在棒状胶团的周围,晶相平衡受到破坏,晶相结构由六角型的棒状胶团转向层状结构,溶液粘度下降[5]。2.2.3　pH值对3种甜菜碱增稠性的影响取10gAES、5g6501、甜菜碱2g(100%

计),加入部分水溶解均匀,用稀磷酸或KOH溶液调整体系pH值,然后加水至100g,在25℃测定体系粘度,结果见表1。

表1　pH值对甜菜碱增稠性的影响组成 η/(mPa・s)

pH=5pH=7pH=9AES+6501+DB24940.010.4AES+6501+CAPB28241.29.3AES+6501+DHSB26643.86.5AES+650137.617.02.6

表1结果表明,随着体系pH值的降低、体系

粘度增加,且添加甜菜碱的体系粘度增加幅度较不加甜菜碱的体系大,因此,3种甜菜碱的增稠作用在微酸性(pH=5左右)条件下更为明显。3　结　论a.试验表明,3种甜菜碱均具有优良的发泡性能,其发泡性随温度和在溶液中质量分数的升高而升高,且几乎不受水中CaCO3的质量浓度的影响。DHSB的发泡性受其在溶液中的质量分数和pH值的影响较大,在pH=5、w(甜菜碱)

<

0.15%时,DHSB的发泡性低于DB和CAPB,但当w(甜菜碱)>0.2%后,其发泡性优于DB和CAPB;当pH=9时,不论在溶液中的质量分数低还是高,其发泡性均优于DB和CAPB且不受质量分数的影响。b.在试验范围内,在以AES和6501为主表面活性剂的体系中,加入甜菜碱,当w(甜菜碱)>3%后,具有明显的增稠效果,且在微酸性条件下更为明显。NaCl对上述体系具有明显的增稠效果,体系的粘度随NaCl的质量分数的增加出现最大值,其峰值是未加甜菜碱的6～7倍,说明添加甜菜碱的体系易被NaCl增稠。

参　考　文　献1　陆光崇.纯椰油酰胺丙基甜菜碱不会引起皮肤过敏[J].日用化学品科学,1998,(5):36

2　方云.两性表面活性剂[M].北京:中国轻工业出版社,2001.113～1393　章志兴.新型两性表面活性剂椰油酰胺丙基甜菜碱CAB230[J].日用化学工业,1994,(1):50～524　王宝林,曲德仁,张新春.烷醇酰胺丙基甜菜碱的合成、性能及应用[J].表面活性剂工业,1993,(1):31～36

5　王培义.氯化钠对表面活性剂水溶液粘度的影响[J].表面活性剂工业,1992,(2):15～19

STUDYONFOAMINGANDTHICKENINGPROPERTIESOF3DIFFERENTTYPESOFBETAINESERIESSURFACTANTS

WangPeiyi1,YanQuanzhao1andLiangXiaojun2(1.DepartmentofChemicalEngineering,ZhengzhouInstituteofLightIndustry,Zhengzhou450002

,

China;2.SchoolofChemicalEngineering,ZhengzhouUniversity,Zhengzhou450002,China)

Abstract:Thefoamingpropertiesofdodecyldimethylbetaine(DB),cocoanutfattyamidopropyl

21 精　细　石　油　化　工2003年