王泽云
（南风化工集团股份有限公司 山西运城 044000）
摘要：研究了新型两性表面活性剂α-长链烷基甜菜碱（C10、C14）在皂类产品中的应用性能。结果表明，皂产品中复配α-长链烷基甜菜碱后产品的润湿性能和抗硬水性能明显改善，同时降低了皂产品对皮肤的刺激性，而发泡和稳泡性能没有明显变化。
关键词：α-长链烷基甜菜碱；皂；性能
Study on application performances of α-long-chain betaine in soap
Wang ze-yun
(Nafine Chemical Industry Group Co., Ltd., Yuncheng 044000, China)
Abstract: The application performances of α-long-chain(C10、C14) betaine using in soap
were researched. Results indicated that, wetting capability and resistance to hard water of soap production which mixed with α-long-chain (C10、C14) betaine were improved abviously, and skin irritation was reduced, but the foam capability has no significant change.
Key words：α-long-chain betaine；soap；performance
α–长链烷基甜菜碱是采用α–长链氯代脂肪酸与短链叔胺反应合成的一种新型两性表面活性剂。新的合成路线使其与传统两性表面活性剂相比具有成本方面的突出优势，因而受到众多研究者的关注[1,2]。本课题前期的研究显示α-长链烷基甜菜碱在泡沫、钙皂分散力、润湿性和去污性能等方面具有十分突出的优越性能[3,4,5]。同时，由于其对眼睛、皮肤特有的温和性，与阴离子表面活性剂复配后能明显改善阴离子表面活性剂的刺激性，因此非常适合应用于各类洗涤与个人护理产品中。本文以常用洗涤产品皂为基础，研究了α-长链烷基甜菜碱与长链脂肪酸钠的复配性能。
1.1 主要试剂与仪器
α-癸基甜菜碱，28%，实验室自制；α-十四烷基甜菜碱，28%，实验室自制；皂粒（8515），浙江华诺公司；皂粒（8220），嘉里益海；202号纯棉帆布，上海染料公司；罗氏泡沫仪，恒温水浴等。
1.2 实验方法
将α-癸基甜菜碱和α-十四烷基甜菜碱分别按不同比例与香皂皂基和肥皂皂基混合，经过搅拌、挤出成型处理后，制成皂条(每条约为15g)。对成型后的肥皂产品进行两方面性能的测定：
根据《QB/T 2488-2000 洗衣皂》和《QB /T 2485-2000 香皂》中的规定及方法，对实验样品皂的基本指标进行测试。研究α-长链烷基甜菜碱与皂复配后对产品理化指标的影响；
测试实验样品皂的发泡力、润湿力及硬水稳定性。研究α-长链烷基甜菜碱与皂复配后对产品应用性能的影响。α-长链烷基甜菜碱在皂中的加量比例如表1所示。
表1 α-长链烷基甜菜碱在皂中的添加比例
Tab.1 Percentage of α-long alkylchain betaine in soap
皂基 | α-癸基甜菜碱在皂基中加量/ % | α-十四烷基甜菜碱在皂基中加量 / % |
洗衣皂 | 1.8 | 3.6 | 二维码访客系统5.4 | 0.75 | 1.5 | 2.25裂痕字体 |
香皂 | 1.3 | 2.6 | 3.9 | 0.53 | 1.3 | 2.4 |
| | | | | | |
1.3 性能评价方法
润湿力的测定
润湿力测定参照GB 5557-85《表面活性剂 纺织助剂 渗透力测定法 润湿法》方法进行测定。皂产品对润湿力的测定稍做改动，主要由于皂产品在国标规定的温度和浓度条件(20 ℃、0.15 %水溶液)下，溶液粘度过大，影响实验用帆布的沉降时间，故实验将测试溶液浓度由0.15 %降至0.06 %。
泡沫力的测定
泡沫力参照GB/T 13173.6-91《洗涤剂发泡力的测定(Ross-Miles法)》方法及GB/T《7462-1994 改进Ross-Miles法》进行测定。
抗硬水能力测定
抗硬水能力参照GB 7381-1987 《表面活性剂在硬水中稳定性的测试》方法进行测定。
皮肤刺激性实验[6,7]
皮肤刺激性实验采用人体皮肤斑贴实验方法进行。利用Finn斑贴小室在健康受试者前臂内侧皮肤一次封闭斑贴受试物24 h或48 h，去除斑贴后0.5 h观察红斑反应。
2. 结果与讨论
2.1 对皂产品中游离碱及氯化物含量的影响
游离碱质量分数对皂的质量有很大的影响，皂产品中游离碱含量过高不仅会造成皮肤干燥，而且影响产品的可塑性，甚至引起成品粗糙和开裂严重的质量问题；游离碱质量分数太低，很容易导致皂体酸败、变“出汗”及不愉快的气味等。通常游离碱质量分数在0.05
～0.3％较合适。
氯化物的含量也是皂类产品的重要指标。国标QB/T 2485-2000规定香皂产品的氯化物含量应小于1%；国标QB/T 2486-2000规定，洗衣皂I类产品的氯化物含量应小于0.7%，洗衣皂II产品的氯化物含量应小于1%。可见，在各类皂产品中对氯化物的含量都有严格的要求。因为过高的氯化物含量会引起肥皂吸湿和层裂。另外，氯化物含量不适当还容易导致肥皂冒霜，即当皂基中水分和其它挥发性组分向肥皂表面移动时，游离电解质被带到肥皂表面，水分和挥发物蒸发后形成聚集状态的颗粒无机盐，影响产品的外形及使用。
实验室废液桶α-长链烷基甜菜碱除胺后产品加入皂基中后，会对产品的游离碱和氯化物含量造成一定影响，尤其是未脱盐的甜菜碱产品对氯化物的含量及游离无机盐的总量贡献较大。表2数据为在皂类产品中添加不同比例、不同种类的α-长链烷基甜菜碱时，产品游离碱和氯化物含量变化的实验结果。
表2 α-长链烷基甜菜碱加量对产品游离碱和氯化物含量的影响
Tab. 2 Effect of α-long alkylchain betaine proportion on dissociative alkali and chloride content
洗衣皂 | 香皂 |
α-长链烷基甜菜碱 加量/ % | 游离碱 / % | 氯化物/ % | α-长链烷基甜菜碱加量/ % | 游离碱 / % | 氯化物 / % |
0 | <0.1 | 0 | 0 | <0.1 | 0.67 |
α-癸基甜菜碱 | 1.8 | <0.1 | 0.33 | 1.3 | <0.1 | 0.96 |
3.6 | <0.1 | 0.67 | 2.6 | <0.1 | 1.26 |
5.4 | <0.1 | 1 | 3.9 | <0.1 | 1.55 |
α-十四烷基甜菜碱 | 0.75 | <0.1 | 0.22 | 0.53 | <0.1 | 0.86 |
1.5 | <0.1 | 0.44 | 1.3 | <0.1 | 1.06 |
2.25 | <0.1 | 0.67 | 2.4 | <0.1 | 1.25 |
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表2实验结果表明，在皂基中加入α-癸基甜菜碱和α-十四烷基甜菜碱后，由于α-长链烷基甜菜碱产品的pH值基本控制在中性范围内，所以对皂产品的游离碱基本没有影响，在所有实验范围内游离碱指标均满足各种皂类产品标准的要求。但α-长链烷基甜菜碱的加入对皂产品的氯化物含量有明显的影响，对于洗衣皂，由于皂基本身氯化物含量很低，所以在甜菜碱加量最高5.4%时，氯化物指标基本不超标；对于香皂皂基，由于实验用香皂皂基本身氯化物含量偏高，所以在甜菜碱加量超过1.3%时，氯化物含量超标。从氯化物的增加量分析，最高加量3.9%的甜菜碱对氯化物的贡献约为0.9%，因此，如果控制好皂基本身的氯化物含量，在实验所有甜菜碱添加量范围内，氯化物含量指标能够达到标准的要求，不会对皂产品质量产生大的影响。
2.2 对皂产品润湿力的影响
α-长链烷基甜菜碱具有较低的表面张力，其两性离子特性可以与皂阴离子产生明显的协同作用，从而改善皂类产品的润湿性能。实验采用帆布沉降法分别对添加不同种类和不同α-长链烷基甜菜碱加量梯度的皂样品的润湿性能进行了测试，共进行了三次平行实验。表3中
数据分别为实验用帆布在不同样品溶液中的沉降时间三次平行实验数据的平均值。
表3 α-长链烷基甜菜碱加量对皂产品润湿力的影响
Tab.3 Effect of α-long alkylchain betaine content on wetting capability of soap
润湿力 | 洗衣皂基 | α-癸基甜菜碱 | α-十四烷基甜菜碱 |
α-长链烷基甜菜碱加量 /% | 0 | 1.8 | 3.6 | 5.4 | 0.75 | 1.5 | 2.25 |
沉降时间 /min | 47 | 25 | 18 | 15 | 27 | 22 | 18 |
| | | | | | | |
由表3中数据可以看出，粗糙的布片α-长链烷基甜菜碱可以明显改善肥皂的润湿性，且皂产品的润湿性能随α-长链烷基甜菜碱含量的增加而增大；另外，添加α-十四烷基甜菜碱的皂的润湿性能略好于添加α-癸烷基甜菜碱的产品，说明中碳链的α-烷基甜菜碱的润湿性能优于较短碳链的α-烷基甜菜碱。
2.3 对皂产品泡沫的影响
在各类洗涤产品中，与洗衣粉、洗衣液、洗手液及沐浴露等产品相比，皂类产品的泡沫最低，在某些应用领域尤其是个人清洗护理产品领域的应用受到很大限制。由于甜菜碱类两性表面活性剂具有较好的泡沫性能，且与阴离子表面活性剂具有良好的协同作用，所以本节研究了在皂类产品中添加α-长链烷基甜菜碱对最终复合皂产品泡沫的影响。实验采用罗氏泡沫仪法对添加不同浓度甜菜碱的皂类产品的泡沫力进行了测定，结果如表4所示。
表4 α-长链烷基甜菜碱加量对皂类产品泡沫的影响
Tab. 4 Effect of α-long alkylchain betaine content on foam capability of soap
泡沫性能 | 洗衣皂 立体电视泡沫高度/mm | 香皂 泡沫高度/mm |
α-癸基甜菜碱 加量/% | 0 | 1.8 | 3.6 | 5.4 | 0 | 0.75 | 衰变池1.5 | 2.25 |
0 min | 165 | 170 | 175 | 170 | 180 | 184 | 185 | 191 |
5 min | 160 | 165 | 170 | 165 | 176 | 184 | 183 | 185 |
α-十四烷基甜菜碱加量 / % | 0 | 4 | 8 | 12 | 0 | 4 | 10 | 18 |
0 min | 165 | 164 | 167 | 171 | 180 | 171 | 177 | 180 |
5 min | 160 | 161 | 164 | 167 | 176 | 165 | 171 | 177 |
| | | | | | | | |
由表4实验结果可见，α-癸基甜菜碱的加入可以改善肥皂的起泡性能，但效果不是很显著。其实，表面活性剂的泡沫性能包括发泡和稳泡两方面，由于泡沫是一个热力学不稳定体系，所以泡沫的稳定性是评价泡沫性质的更重要的方面。泡沫的稳定性主要取决于泡沫的排液快慢和液膜的强度，从这两个因素分析，影响泡沫稳定性的因素比较复杂，包括：体系的表面张力、表面粘度、溶液粘度、表面张力的“修复”作用、气体通过液膜的扩散作用以及液膜的表面电荷等。通常的肥皂或香皂产品主要是采用牛羊油为原料，其中表面活性剂以C18硬脂酸皂为主。由于C18皂的碳链过长，本身的发泡和稳泡性能都较差，在许多场合甚至被当作消泡剂使用。加入α-长链烷基甜菜碱后，虽然能够适当降低体系的表面张力对泡沫形成及稳定有利，但对液膜的扩散双电层的电荷也有一定的中和作用，液膜双电层的电斥作用减小，不利于保持泡沫的液膜厚度，影响泡沫的稳定性。因此，综合考虑影响泡沫的各种因素，加入α-长链烷基甜菜碱对皂类产品的泡沫影响不是很显著。
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