椰油酰胺丙基甜菜碱与脂肪醇聚氧乙烯醚羧酸钠复配性能研究 曹宏伟;张炜婕;郭洺伽;杜琳娟;王锋涛;张彩霞;石晓华
【摘 要】Cocamidopropyl betaine(CAB-35) and sodium fatty alcohol ether carboxylate (AEC-9) are green surfactants,and the surface activity,stability,foaming and wetting properties of the blend system were studied. Results showed that the blend system had well stability even if the mass concentration achieves 28%.The best synergistic effect was at the mass ratio of m(CAB-35): m(AEC-9) = 8: 2,which displayed CMC =52.95 mg/L,γCMC=26.4 mN/m,Γmax=7.19×10-6mol/m2and Amin=0.23×10-18m2.The blend system had the highest surface activity,and the foaming and wetting properties achieved optimization at this ratio.%考察椰油酰胺丙基甜菜碱(CAB-35)与脂肪醇聚氧乙烯醚羧酸钠(AEC-9)复配体系的稳定性、表面性能、泡沫性能和润湿性能.结果表明,复配体系稳定性良好,在28%质量浓度范围内为均匀透明的溶液;复配体系具有一定的协同作用,在 m(CAB-35): m(AEC-9) = 8: 2时,临界胶束浓度为最小值52. 95 mg/L,最小表面张力26.4 mN/m,表面的饱和吸附量达到最大(7.19×10 -6mol/m2),极性头基所占的截面积最小(0.23 ×10 -18m2).在此比例下,复配体系的表面活性最高,同时发泡能力、稳泡性和润湿性也达到最优值. 【期刊名称】《应用化工》
【年(卷),期】2018(047)003
【总页数】4页(P517-519,524)
【关键词】椰油酰胺丙基甜菜碱;脂肪醇聚氧乙烯醚羧酸钠;复配体系;性能
【作 者】曹宏伟;张炜婕;郭洺伽;杜琳娟;王锋涛;张彩霞;石晓华
【作者单位】国网河南省电力公司电力科学研究院,河南 郑州 450052;郑州大学 化工与能源学院,河南 郑州 450001;国网河南省电力公司电力科学研究院,河南 郑州 450052;河南恩湃高科集团有限公司,河南 郑州 450052;国网河南省电力公司电力科学研究院,河南 郑州 450052;河南恩湃高科集团有限公司,河南 郑州 450052;国网河南省电力公司电力科学研究院,河南 郑州 450052;国网河南省电力公司电力科学研究院,河南 郑州 450052;郑州大学 化工与能源学院,河南 郑州 450001
标本夹【正文语种】中 文
【中图分类】TQ423
椰油酰胺丙基甜菜碱(CAB-35)是一种性能优良的两性表面活性剂，结构中羧基、季铵基团以及长碳链的存在使其具有洗涤、增稠、稳泡、抑菌等优越性能；低毒性和生物降解性则符合环境友好、使用安全的工业发展目标，在日用化工、纺织、食品、医药等领域应用越来越广泛 [1-4]。脂肪醇聚氧乙烯醚羧酸钠(AEC-9)则是一种温和、安全、易生物降解的多功能型阴离子和非离子复合型表面活性剂，由于其分子中含有乙氧基，赋予优良的抗硬水性能和较强的钙皂分散力[5-6]。表面活性剂复配是提高性能、降低成本的有效手段，但关于阴离子与两性离子表面活性剂复配规律研究的报道较少[7-9]。 本文用CAB-35与AEC-9进行复配，对其表面性能、稳定性、泡沫性能以及润湿能力进行考察，为CAB-35的实际应用提供理论数据。以期改善CAB-35的使用性能，减少用量，得到绿低刺激的表面活性剂复配体系。
1 实验部分
1.1 试剂与仪器
透明的距离
椰油酰胺丙基甜菜碱(CAB-35，活性物含量30%)、脂肪醇聚氧乙烯醚羧酸钠(AEC-9，活性物含量28%)均为工业级。
BZY-3B自动表/界面张力仪；TU-1901紫外分光光度计；Ross-Miles泡沫仪。
1.2 实验方法
1.2.1 复配体系稳定性测定 按照m(CAB-35)∶m(AEC-9)=9∶1，8∶2，7∶3，6∶4，5∶5，4∶6，3∶7，2∶8，1∶9质量比，配制了总质量浓度为0.1%，10%，20%，28%的混合溶液，在(25±0.1)℃静置24 h。用紫外分光光度计测定波长500 nm处的透光率。
1.2.2 表面张力测定 按照GB/T 22237—2008吊片法进行测定。m(CAB-35)∶m(AEC-9)=10∶0，9∶1，8∶2，7∶3，6∶4，5∶5，4∶6，3∶7，2∶8，1∶9，10∶0质量比进行混合，逐步稀释，以产生从高到低的浓度梯度，测试温度控制在(25±0.1)℃，测定各试样表面张力值，通过作γ～logc图来确定复配体系的临界胶束浓度(CMC)和最低表面张力(γCMC)，进而计算表面最大吸附量和最小分子吸附面积。
1.2.3 泡沫性能测定 按照GB/T 13173—2008 Ross-Miles法进行测定。测量温度(40±0.1)℃，
隧道式搪瓷烧结炉CAB-35和AEC-9复配体系总质量浓度2.5 g/L，测定0，3，5 min的泡沫体积。
1.2.4 润湿能力测定 按照GB/T 11983—2008浸没法进行测定。测量温度(25±0.1)℃，CAB-35和AEC-9复配体系总质量浓度1.5 g/L，测定不同质量比下复配体系的润湿能力。
2 结果与讨论防静电水磨石
2.1 复配体系的稳定性
按照1.2.1节方法测定了复配体系的透光率，结果见表1。
表1 CAB-35与AEC-9复配体系透光率Table 1 Light transmittance of the CAB-35/AEC-9 blend systemsm(CAB⁃35)∶m(AEC⁃9)透光率/%0．1%10%20%28%9∶110010010099．08∶210010010098．77∶310010010099．26∶410010010098．45∶510010010098．44∶610010010099．63∶710010010098．62∶810010010099．31∶910010010098．8
由表1可知，CAB-35和AEC-9溶解性良好，在考察的浓度范围内，透光率均在98%以上，基本上可以按照任意比例混溶，溶液稳定性好，工业应用便利。
2.2 复配体系的表面性能
AEC-9和CAB-35在不同质量比下进行复配后测定表面张力随浓度变化的曲线，结果见图1。
图1 CAB-35与AEC-9复配体系表面张力曲线Fig.1 Surface tension of the CAB-35/AEC-9 blend systems
由图1可知，各复配体系随着表面活性剂浓度的增加，表面张力逐渐降低，到一定值后趋于稳定不变，表明各复配体系均能形成稳定的混合胶束；随着AEC-9的加入，表面张力下降速度加快，曲线拐点前移，也就是临界胶束浓度减小。计算得到临界胶束浓度和最低表面张力等表面性能参数见表2。其中，饱和吸附量Γmax及平均每个分子占有的最小面积Amin可由吉布斯吸附等温式计算[10-11]：
(1)
(2)
mjpg
其中，γ为表面张力，T是绝对温度，R为热力学常数(8.314 J/(mol·K))，NA为 Avogadro 常数。
复配体系一般情况下为非理想混合，混合胶束中表面活性剂分子间相互作用的大小和胶束组成之间存在关系式[12]：
(3)
(4)
其中，α1指混合溶液中表面活性剂1的摩尔分数指混合胶束中表面活性剂1的摩尔分数；CMC12指混合溶液的临界胶束浓度；CMC1、CMC2分别为表面活性剂 1、2 的临界胶束浓度。βm代表混合胶团中不同表面活性剂分子之间的相互作用，βm绝对值越大表明偏离理想混合的程度越大；βm<0，表明两种分子之间的吸引作用大于同种分子之间的吸引作用；若βm> 0，则表明两种分子之间的吸引作用小于同种分子之间的吸引作用，若βm=0，则为理想混合。
表2 CAB-35与AEC-9复配体系表面性能参数Table 2 Surface active parameters of the CAB-
35/AEC-9 blend systemsm(CAB⁃35)∶m(AEC⁃9)CMC/(mg·L-1)γCMC/(mN·m-1)Γmax×10-6/(mol·m-2)Amin×10-18/m2α1Xm1βm10∶0122．5828．94．600．369∶197．9728．85．470．300．950．78-0．058∶252．9526．47．190．230．890．62-0．227∶362．3229．75．800．290．830．59-0．176∶480．7130．53．590．460．760．56-0．105∶560．7728．25．830．280．670．51-0．174∶672．9730．05．560．300．580．46-0．133∶7108．6031．43．960．420．470．35-0．032∶8102．9732．43．260．510．340．28-0．041∶9110．3933．32．480．670．190．16-0．010∶10120．8135．72．430．68
由表2可知，①在实验考察范围内，各个复配体系的临界胶束浓度均低于单一表面活性剂；随着AEC-9的增多，CMC基本呈现先减小后增大的规律，其中质量比8∶2的复配体系临界胶束浓度最低，达到52.95 mg/L，降低表面张力的效率最高；对应的γCMC为26.4 mN/m，与CAB-35的最低表面张力28.9 mN/m相比，降低幅度不大，表明复配体系降低表面张力的能力有限；②CAB-35与AEC-9形成胶束时，季铵正离子与AEC-9的羧基负离子之间的静电引力和长碳链之间的疏水相互作用使得混合胶束中分子排列更紧密，亲水基周围自由水分子增多，混乱度增加，有利于胶束形成。但各复配体系中，均小于α1，说明CAB-
35比AEC-9形成胶束的能力差，二者的临界胶束浓度分别为0.358 mmol/L和0.182 mmol/L也证实了这一结论；观察相互作用参数βm可知，虽然两种表面活性剂分子之间的作用力大于同种分子之间的作用力，但作用力较弱，故体现出的协同作用较小；③在CAB-35与AEC-9质量比8∶2处，饱和吸附量Γmax为最大值。
y3202.3 复配体系的泡沫性能
按照1.2.3节方法测定了CAB-35和AEC-9复配体系的泡沫性能，结果见表3。定义排液速度v=(V0 min -V5 min)/5，即平均每分钟排出液体体积。
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