烷基多苷稀溶液的泡沫特性研究

t996年第 5期 日 用 化 学 工 业 烷基多苷稀溶液的泡沫特性研究 。 ／ 墅 』墅 卢绍良 (湖北美华化I股份有限奁司，蕲春县，43631 5) 研究与开发 眵 z f 摘要 本文系统地研究了烷基多苷(APG)稀水溶液的泡沫特性，当APG的浓度大于临界胶束浓度时．起袍力与 浓 度的关系为H一0．1l1C+54(ram) 实验研究发现APG与 AES有较好的正协同效应。当0 95(重量)AES与 0．05APG配伍时 ．所配制的稀水溶液具有最高的泡埭高度 。APG的起泡能力受水溶被中无机盐浓度的影响 在同-一 蝴 起 岛s 关键词塑堕壁堡璺苎 堕协同效应畦} }勃毒 蛾t每昏1 fi》6 rt Abstract：The artide studied foaming behavio~rs of alky]poly ~osiderAPG)k dilute solution．The correlation be tween foamability and jts concentratlon is H 0．11lc+ 54(ram)as APG concentration is higher than its c呲 The better synergism of APG with AES is found．The highest foaming height in the dilute solution WaS got when 0．95 (weight) AES e0m kxed w h O．05(weigh*)APG．Th￡ APG foamabil．i',y is ir~fluenced the contentrati~ of inorganic sahs in their aqueous solution．The ofder that the inorganic salts affect APG foaming ability Was CaCI z> M gCI 2：>NaCI under Keywords：Foraming behayiour·APG·synergism 0 引言 烷 基 葡 萄 糖 多 苷 (Alkyl Polyglycoside，简 称 APG，俗称烷基多苷)是一种新型的非离子表面活性 剂 。其台成有多种 。自80年代初，国外的一 些公司致力于开笈 APG产品 来 ，其主要工业生产 方法有①高碳脂肪醇与葡萄糖在催化剂的作用下一 步合成烷基多苷 ，这种方法常被称为“一步苷化法”。 ②先用低碳脂肪醇与葡萄糖在催化剂 的作用下进行 缩醛反应生成低碳脂肪醇的烷基多苷，再用高碳脂肪 醇 (c．。～c 醇)与之进行醇交换反应，最后得到具有 较高的界面活性 的物 质一 目标产物一高碳脂肪醇的 烷基多苷产品，这种方法常被称为“二步苷化法”。 国内在 8o年代末期开始对烷基多苷的生产技术 进行研究 ，到 1995年底，有一些生产厂(公司)已装备 有 300~1000t／a的APG生产装置，这些生产装置基 本是按“二步苷化法”的工艺进行的。与烷基多苷 生产技术开发研究相比，烷基多苷性能方面的研究较 步，其应用技术没有得到充分的开发，在国内更是如 此。到 目前为止，人们对APG产品的性能了解的还很 少 如 APG的泡沫特性等 泡沫特性是表面活性剂的一个重要应用特性。虽 然 ，一些研究者在研究 APG生产工艺技术时，也探索 了它的部分泡沫特性 ，但对实际应用来说 ，还有较大 第 作音简舟 ： 卢 登亮 ．男 ．196Z年 2月生 工程 师 的差距 。本文用 Ross—Miles方法系统地研究了鸯寇基多 苷稀水溶液在起泡能力方面的泡沫特性 ，为烷基多苷 产品的应用开发提供实验依据 。 1 样品的来源与组成 从国内各家生产厂(公司)生产的 APG产品的测 试结果看 ，尽管都是采用“二步昔他法”生产的烷基多 苷 ，但由于催化剂的品种、反应温度、配料比等诸因素 的控制不尽相同，使得备生产厂所生产的 APG化学 组成也不尽相同 本文讨论的 APG泡沫特性是用湖 北美 华化工股份有限公司生产的 APG进行实验研 究的结果 。其中十二烷基葡 萄糖苷 ，平均 聚苷度为 1．75；去离子水为 自产 ；AES为湖南丽臣实业总公司 生产 ；其他试剂均为分析纯试剂。 2 实验仪器与方法 2．1 实验仪器 A．罗氏(Ross～Miles)泡沫测定仪一套；B超级 恒温器一个 2．2 实验方法 本研究采用 Ross—Miles法测定 APG稀水溶液 的起泡能力 这种方法是利用溶液降落的方法测定其 体系的泡沫活动数值。当 APG稀水溶液向一定垂直 位置向下降落时，在有刻度的量管 中央发生泡沫活 动，测量其泡沫高度( mm计)。泡沫越高 ，表明这种 维普资讯 http://www.cqvip.com 研究与开发 卢登亮等：烷基多昔稀溶液的泡沫持性研究 浓度的 APG稀水溶液的起泡能力越强 。环境温度对 起 泡能力 有所影 响．本文讨 论 的数据是在 30℃± 0．5℃时获得的。 3 实验结果与讨论 3．I 水溶液中 APG浓度对起泡能力的影响 Ross Miles方法测定溶液的泡沫高度反映的是 溶液表面张力的动态过程量 。这时的泡沫高度主要是 溶液表面张力与溶液表面膜弹性 的综合作用的结果。 对于水体系 ，随着表面活性剂的加入量的增加，表面 张力下降，表面膜弹性增强，该溶液的起泡能力将获 得增加。由于表面活性剂的化学构成不一样，它的表 面活性也不一样，因此溶液的起泡能力随表面活性剂 加入量的变化规律也不一定相同。实验测得在去离子 水中加入不同量的 APG后泡沫高度的变化规律 如 (图 1)所示 。 三 = 坦 ^P(；掖 度tp n) 幽 l 在击离子水中．APG的pp Tn浓度对应的泡津 高皮 图 I反映出 APG含量低于 100ppm的溶液中泡 沫高度随 APG浓度的变化的规律 ，与 APG含量高于 2000ppm的溶液中泡沫高度随 APG浓度变化的规律 不一样，其转变区域在 100~200ppm之间 亦被认为 是 APG临界胶束浓度在 100~200ppm之问，在去离 子水中，在I临界胶束浓度 前，随着 APG的加入．溶 液的界面张力迅速下降，因而溶液更易起泡，所以泡 沫高度更高 在临界胶束浓度以后 ．随着 APG的加 入，虽然溶液的表面张力没有明显的降低，但表面膜 的弹性有规律地增加，因而泡沫更加稳定，所以泡沫 高度更高。 用改性炭黑作分散粒子，测定在不同 APG浓度 下的去离子水溶液中，改性炭黑分散粒子的 ∈电位． 实验结果证 明，当 APG浓度在 140ppm时，改性炭黑 分散粒子的 ∈电位获得极大值。这个实验结果与图 1 所反应的实验结果是一致的。它表明在 3o℃时，去离 · ’ 子水溶 液中 APG的临界胶束浓度 在 l∞～ 200ppm 之 间。当 APG浓 度 大 于 临 界胶 束浓 度 后 ，随 着 APGppm浓度(重量)的增加 ，Ross泡沫高度 (ram)遵 循式(1)的规律 H一 0．1l1C+ 54 (1) 式 中 H为以 Ross Miles法测 定的泡沫高度 ，单位为 mm，它的大小反映溶液起泡能力的大小。C为水溶液 中 APG的 ppm(重量)浓度 3．2 无机盐浓度对 APG溶液泡沫高度的影响 一 般认为，无机盐对离子型表面活性剂的表面活 性的影响较大，而对非离子表面活性剂的表面活性的 影响较小，当无 机盐浓 度较小时 ，(例如小于 0．IM 时)，非离子表面活性剂的表面活性几乎没有变化 。 将 NaCI、MgCI 、CaCI：分别以一定量 的重量 ppm浓 度配成不同浓度的 APG水溶液．测量这些溶液的泡 津性能。实验证明，尽管 APG是一种非离子表面活性 剂 ，但它的起泡能 力(Ross)受无机盐的影响较大，如 图2所示 。在500ppm无机盐 (重量 )浓 度的水溶液 ： I三 垤 避 《 叠兰 APG笊 厦 (ppm) 图 2 在 50oppm 无机盐浓度的水溶液中．溶征 的泡沫高度随 APG浓度的变化坦律 中，溶液的泡沫高度依然是随 APG浓度的增加而增 加。与图 I比较 ，可以看到 ，由于溶液中含有无机盐， 溶液泡沫高度随 APG浓度的增加而增加的速率要慢 得多。在同样条件下 ，含有二价金属离子的无机盐对 溶液泡沫高度的影响比含一价金属离子的无机盐对 溶液泡沫高度的影响要大得多 。这体现了 APG与一 般非离子型表面活性剂所 不同的特性 实验中，还测 定了一定 APGppm(重量)浓度下．改变二价金属离子 的无机盐的 ppm(重量)浓度时，溶液的泡沫高度 ，如 图 3、图 4所示。随着无机盐浓度的提高，溶液的泡沫 高度明显下降。溶液中 APG浓度越高 ，这种影响越显 维普资讯 http://www.cqvip.com 1 9g6年第 5期 日 用 化 学 工 业 著。这说明APG产品，作为非离子表面活性剂抗硬水 能力较差。比较图 3、图 4．还可 看 出，即使 APG的 浓度相 同时．CaCI 对 溶液起 泡能 力的影响略大于 MgCI 对溶液起泡能力的影响。 CaCb浓度(ppln) 【lj 3 不同浓度 APG水溶液中 MgC]2婊度(ppm) 陋 4 不同浓度 APG水薄液中． 泡津高度随 MgCI。浓度的 化规律 3．3 APG与 AES在起泡能力方面的比较 泡沫是香波类洗涤用品的必具备的特性 。由于泡 沫能有效地携带和清洁毛发 中的皮肤碎屑以及按摩 肌肤的作用，人们在使用香波时，总希望它能提供更 多的泡沫 在国内 80 上的香波产品中都含有 AES，这是因为 AES能使产品提供更多的泡沫。APG 产品作为一种新 型的，还未被充分认识的表面活性 剂 ，如果拟将其用于香波生产，人 们首先 想到要与 AES进行 比较 。为此 ，实验中取含 CaCI 300ppm(重量 浓度)的水溶液，再分别配成含 AES、APG不同浓度 研究与开发 的溶液，测量它们的泡沫高度 如图 5所示。它说 明在 3o℃时，含 CaCI 300ppm的水溶液中，AES的起 泡能力大约是 APG的三倍。因此从起泡能力的角度 看，单一的 APG不能作为香波的表面活性剂。 E E 垤 APG溶液的嫩 度 幽5 包津高度与表面活性剂球度的关未 3．4 复配后溶液的起泡能力 烷基多苷对皮肤和眼睛的刺激性较低“ ，而且其 原料高碳脂肪醇 (碳数大于 12)和葡萄糖等都可 从 可再生天然资源获得。可见，APG将是一种较理想的 未来的香波类产品的表面活性剂。对于单一的 APG 体系，由于抗硬水能力低，与现行通用的香波起泡剂 AES比较，不能认为是较理想的。 实验研究中，考查了 AES与 APG的复配体系的 起泡能力，将 AES和 APG按式(2)配成 0 ～1o0 A ￡ Cj=丽 ‘重量) (2) 的各种不同配比。在 150ppmMgSO 水溶液 中，取 C 配成含表面活性剂(AES+APG)350ppm的水溶液， 分别测定其泡沫高度 如图 6所示 。如果 AES与 APG ： ； 三 整 超 蜒 g 组成 ( ( ) 田6 泡沫高度与表面活性荆组成的关柬 没有协同效应，泡沫高度随组成 c．的变化规律应该 是措直线 A发生变化；但实验测定的结果是沿着曲 · 7· 维普资讯 http://www.cqvip.com 研究与开发 卢登亮等：烷基多苷稀溶液的泡沫特性研究 线 B的规律发生变化。C 在(0，100)范围之间的每一 点的泡沫 高度都 高于理 想的泡沫 曲线值，这说 明 APG与 AES具有较好的正协同效应，并且当 AEs： APG=95 t 5时，泡 沫达到最高值。只要极 少量的 APG，就能使 AES--APG体系具有较高的起泡能力， 这使得 APG产品在香波类产品中具有较大的实际应 用意义 。 4 结论 (1)在稀溶液中，APG的起泡能力受溶液中金属 离子浓度的影响。溶液中金属离子的浓度越高，溶液 的 起泡能力降低越 多。在相 同重量 浓度的无机盐 (CaCI：，NaCI)的 APG水溶液中，CaCI 对 APG溶液 起泡能力的影响 比NaCI的影响更太。 (2)从起泡能力的角度分析，APG与 AES有较 好的正协同效应 。因此，APG尽管不能独立作为香波 类产品的起泡剂 ，但能与 AES复配使用，使香波类产 品获得更丰富的泡沫。最适宜的表面活性剂复配 比例 为 AES：APG一19#1 参考文献 1]于珍样．马菊瑛 ．日用化学工业，1990．(1)：2O [胡杨朕堡 ．杨锦宗 ．化工进展 ，1993．(1) 43 曲]李秋良．肥皂和甘油生产分析．轻工业出版社 ．1985；83 [{]起国玺，表面活性剂物理化学，北京大学出版社．1984；245 [5]佐佐未克己，日用化学工业译丛，1991，(3)：42 收稿日期 t1996年 4月 22日 !⋯ ⋯ ⋯ o⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ 0to⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ Do⋯ 00●o⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ 0·o⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ¨cc● 征 稿 启 事 ； 《日用化学工业》作为公开发行的全国性专业科技期刊，多年来始终坚持 以国内外科技 专家、学者、企业家和众多作者、读者及科技群体为依托，面向经济建设，并力图办出自己的； 特色、形成 自己的优势和创造 自己的天地。目前，她不仅拥有广大的国内外读者，享有一定 的声誉，而且经科学评定 已被列为国内化学2r-业粪“中文核心期刊”，国家科委评估国内科 l技水平的选用期刊和“美国化学文摘”的收录期刊。为使本刊保持已有的成绩和荣誉，进一 ；步体现其学术性和技术性强的特别，提高其内涵水平和外廷价值，我们忠心希望各方志士 仁人鼎力相助．不吝赐稿 为此，我们提 出如下重点选设想，供您撰稿时参考。 i i 1．表面活性剂、洗涤用品和化妆品原料和产品的实用性最新科技开发成果。新型节约 资源和能源、无公害表面活性剂合成；高效生物制剂、中草药提取剂、生物化妆品、护肤粪药 ；性化妆品和功能性化妆品；浓缩化、多功能化、专用化节能化和无公害化洗涤 和公共设施 i ；用清 洗剂。 ； 2．表 面活性剂在轻纺、石化、冶炼、矿业、建筑、医药卫生等领域中的应用。 i 3．专业领域 中应用基础研究论文。如表面活性剂化学和化妆品科学中的结构与性能、 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