《论文_阴-阳离子表面活性剂复配研究与应用研究(定稿)》

1、阴阳离子表面活性剂复配研究与应用摘要:综合介绍了阴-阳离了表面活性剂复配体系在各种物化性能的增效效应，例如降低表面 张力的效能、表面张力的效率、降低临界胶束浓度的能力、改善表面吸附的能力，以及这些增效 效应在去污、增溶、泡沫、润湿、乳化等方面的应用。讨论了提高阴-阳离子表面活性剂z间的 可配伍性z对策，诸如采用非等摩尔比复配、在离了型表面活性剂屮引入聚氧乙烯链及加入菲离 了或两性表面活性剂进行调节等乎段以优化配方性能和提高综合经济效益。总结了阴一阳离了 表面活性剂复配体系用丁洗涤用品的可彳j:性配方技术，即采取无机助剂、水溶性仃机高聚物或非 离子表面活性剂包裹阳离子表面活性剂的措施。关键词:阴

2、离子表面活性剂;阳离子表面活性剂;复配体系;增效效应;研究;应用h前，表面活性剂复配体系的研究与应用c形成热点，如表面活性剂打无机物、高聚物或表面 活性剂z间复配等，其h的是提高含表面活性剂配方的性能，优化使用并提高经济效益。长期以来，在表面活性剂复配应用过程中把阳离子型表面活性剂与阴离子型表面活性剂的复 配视为禁忌，一般认为两者在水溶液屮相厲作用会产生沉淀或絮状络合物，从而产生负效应其至 使表面活性剂失去表面活性。研究发现，在一定条件下阴-阳离了表面活性剂复配体系具冇很高 的表面活性，显示出极人的增效作用，这样的复配体系u成功地用于实际。山了阴-阳离了表面活 性剂复配在一起相互z间必然产牛强

3、烈的电性作用，因而使表面活性人人提高。仃人认为阳离子 世表面活性剂与阴离了烈表面活性剂混合z后形成了 “新的络合物”，并会表现出优异的表面活 性和各方面的增效效应。1阴阳离子表面活性剂复配的增效效应1.1降低表面张力的效能复配溶液所能达到的最低表面张力，即在c m c时的表面张力y cmc比单一组分的故低表 面张力低。阳离子表面活性剂c8h17n（ch3）3b r（以下用c8 n表示）与阴离子表面活性剂c 8h17so4n a （以下用c&s表示）等摩尔复配体系的y cmc比两纯组分各自的y c m c低得 多，尤其在正庚烷/水溶液界面的界面张力的降低表现更为突出，等摩尔复配体系的界面

4、张力町以 低至0.2mn/m,而两种纯表面活性剂溶液相应的界面张力则高得多（分别为14mn/m和11 mn/m）。半实上,在单组分的碳氢链表面活性剂屮尚未见报道能达到如此低的表面张力和界面 张力。1.2降低表面张力的效率达到指定的农面张力y时，复配体系所需农血活件剂总浓度比吃 农血活性剂溶液所需浓度 低。十二醇聚氧乙烯瞇硫酸馋（a e s a）与阳离了农血活性剂十-烷基三甲基淑化钱（d t a b）以9/1（mo 1 ）复配，当达到相同的农面张力38mn/m时，体系的总浓度为5x106mo 1/ l,远比单一组分 aes a（4x10'4mo 1/l 及 d t a b （1 x1 0

5、-2 m o 1/l）的浓度低得多。1.3降低c m c复配体系的cmc小于每-单纯组分表而活性剂的cmc,甚至呈现儿个数量级的降低。如 等摩尔c12h25n（c2h4oh）3c l与c12h25s （）4n a复配体系的cmc分别为上述两种单 一表面活性剂的 1/208 和 1/240.再如以等摩尔c12h25n（c2h4oh）3c 1 c8h17s （）4 n a复配,体系的c m c分别为单表面活性剂的1/13和1/189。由此可见阴阳离子表面活 性剂复配体系有形成胶团能力的增效作用。1.4表而吸附阴阳离（表面活性剂复配后会导致每-组分吸附量增加，这是由丁-阴、阳离（表面活性剂间 存在強

6、烈相互作用，这种相互作用包括显性离了间的静电吸引作用以及烧基间的憎水相互作用。 阴阳离孑表面活性剂在吸咐层泉等比组成时达到最人电性吸引,农而吸附层分（排列更加紧密 而使农面吸附增加。如c$n c&s的等摩尔复配溶液的饱和吸附量达到5.6x10-10mo 1/ c n?,和应的每个吸附分犷平均所占而枳am约为0 3 n m?,比单-表而活性剂溶液表而吸附层的 最小分子而积（均大于0 4nn?）小得多。2增效效应的应用2.1去污性能阳离表而活性剂可少晟添加在以阴离f表而活性剂为上的洗涤剂中作为增效剂，提岛左污 能力。过云-般认为阳离了表而活性剂对织物的洗涤作用是不利的，因为-般纤维和固体表

7、面在 水溶液中，特别是在碱性水溶液中，通常带有负电荷,而阳离农而活性剂在水溶液中，特别是碱 性水溶液中的表面活性由表面活性阳离来体现，在静电作用卜;阳离（表而活性剂在织物（或固 体）农而形成了亲水基朝向内、非极性棊朝向外的排列,使织物疏水性增人而不利丁洗涤，甚至有 反洗涤作用。止因为如此，阳离犷农而活性剂很容易吸附在固休农而形成层农而膜，依抓阳离r 表面活性剂的种类及吸附表面的性质，这-吸附恰好起到了特殊作用。通常认为残留或附着于固 体表面或织物农而上的无机细颗粒有很多而，其中有些而带负电;而阳离农而活性剂含有- 带世电端头,在静电作用下阳离表而活性剂与这些带负电的而和互吸引，形成疏水性颗粒。

8、人彊 的阴离了表面活性剂则通过疏水作用以疏水棊与阳离/农面活性剂吸附层的疏水棊相互作用, 将亲水头向外排列形成亲水型的带电的表而活性吸附双层包围颗粒,从而将残留或附着丁固体 表面或织物表面的无机细颗粒（或称为污物、污点）起来”，最终在洗涤过程中形成“可溶性 颗粒”而除公9。如，双烷氧基化季镀盐(b i s-aqa)农面活性剂作为増效剂加入洗衣粉中, 洗衣粉淸洗日常油污能力大大提高；与此同时发现含有b i s-aqa和铝硅酸盐添加剂的洗衣 粉同仅仅含有其-的产品相比，前者有更高的淸洗与增口功能，特别是可捉高无机的、不溶丁或微 溶丁-水的添加剂在配方中比例，在提高洗涤件能的同时不会増加其在淸洗物上

9、的残留9。再如 川脂肪醇硫酸钠洗涤羊毛时加入少量十烷基毗呢氯化物，由丁吸附在阴离了农血活性剂单分 了膜上的阳离了农fij-fl-n剂与阴离了农血活件剂相互渗透，降低了阴离了头基间的斥力,形成更 紧密的聚合膜，提高了表面活性和去污力。2.2增溶性能许多研究农明，阴-阳离了农面活性剂混合胶团对非极性或微极性有机物的増溶显示出1：的増 效作用。在阴-阳离了农面活性剂复配体系中，随着种农面活性剂加入到另种带相反电荷的 表面活性剂中，混合胶团的聚合数会急剧増加，同时胶团过渡到棒状结构，这种棒状胶团对增溶丁 胶团内核的被増溶物貝有较大的增溶能力。例如正庚烷在a e s a/dt ab复配体系中的最 大添加

10、増溶物:农面活性剂(m/m)在阴离了和阳离了过量区分别为2.25和4.70,比单一阴离了 或阳离子表面活性剂的最大添加比例(分别为1.30和1.49)大得多。2 3泡沫性能阴阳离子表面活性剂间存在电性吸引，并且吸附层的等比组成是实现最大电性吸引所必需 的。电荷作用减弱了吸附层和胶用中表而活性离间的电性斥力，从而使农而吸附增加。上述 作用使得复配溶液貝有很低的表而和界而张力，这样势必引起起泡力增加。与此同时，由丁吸附层 中分f排列紧密以及分间较強的相互作用还使得表面黏度增人、表而膜机械強度增加，使z 受外力作用时不易破裂、泡沫内液体流失速度变慢、气体透过性降低,延长了泡沫的寿命。表1 给出各溶液

11、浓度都为7.5x10'3m o 1/l时气泡和液滴的“寿命”,可以看出等摩尔复配溶液的 气泡及止庚烷液滴的寿命人约是单表面活性剂溶液的1400倍及70倍。再如烷基链较短的 c8n-4c8s混合，和互作用十分强烈，貝有很好的表而活性，表面膜强度极高，泡沫性能非常好。表1 气泡在溶液表面及正庚烷液滴在溶液.正庚烷界面的寿命门门(25 c)溶液气泡寿命心液滴寿命心c8hl7 (ch3)3br1 r1 2g h|7so4na191 1等廉尔复配溶液26100 '771注:此为气泡因空气透过液膜而消失的时间，在此浓度代泡不破裂1203.5-3-2.52 1.5*-l-g3 qlg|qme

12、jer|图1表活剂溶液在石蜡上的润湿角qn/qs复配2 4润湿性能山于阴阳离了表1何活性剂复配体系表面吸附用强，体系表面张力较低，这样复配体系将具冇 较强的润湿能力。图是几种溶液在右蜡表血上的接触角，单-表i何活性剂溶液与等摩尔复配溶 液的润湿能力冇明显差别。在同浓度(1 x10-2mo l/l)时，后者在石蜡上的接触角为16。， 而前者约为100° o2 5乳化性能表面活性剂的乳化能力取决于木身的亲水亲油平術、油相的亲水亲油值以及表面活性剂在 油、水界面形成膜的宋尚程度等。在阴离(表面活性剂中加入少呆阳离(表面活性剂，或反之, 由于电荷作用之故，复配表面活性剂的表面活性增加，在油/

13、水界面形成的膜致密性增加，故乳化 能力增强。辛基酚聚氧乙烯魁硫酸钠和十1烷基浪化钱以9 ： 1(mo 1 )复配时，乳化能力显著 提高(复配体系的乳化稳定时间为43 m i n,单一组分则分别为38m i n和6 m i n)o此外，复配体系还町同时具两组分的优点。阳离犷表活剂是较好的抗静电剂、杀菌防痔剂，但 洗涤效果不佳，阴离了表活剂复配后町得到化纤产品的优良洗涤剂，同时兼仃抗静电、柔软、防 尘等作川。近年来在国内外m场上出现的“防尘柔软洗衣粉”就是应川阴-阳离了农面活性剂复 配原理开发的产品。3提高可配伍性的对策尽管阴-阳离了农血活件剂复配体系有强烈的增效效应，其农面活件比单纽分高，然而阴

14、-阳 离了农血活性剂混合体系的-个生要缺点是由丁强电性作川易丁-形成沉淀或絮状悬浮,混合体 系的水溶液因此不太稳泄。浓度超过c m c以后溶液就容易发生分层析出或凝聚等现象，甚 至出现沉淀（持别是等摩尔混合体系），产生负效应甚至使农ifiiwn剂失去农面活性，从而给实际 应用带来不利影响。经过多年的研究和实际应用，人们已经尝试了多种方法。31非等摩尔比复配阴-阳离了农面活性剂配合使用时，要使其不发生沉淀或絮状悬浮，达到最大增效作用，两者配 用比是很重要的。不等比例（其中一种只占总量少部分）配合依然会产生很高的农面活性与增效 作川。种农血活性剂纽分过竝很多的复配物较等摩尔的复配物的溶解度大得多,

15、溶液因此不易 出现混浊,这样就可采川价格较低的阴离了农血活性剂为主，配以少量的阳离了农面活件剂得到 表面活性极高的复合农面活性剂。国外有关报道捉出以阴离了农面活性剂为主时，阴/阳离了表 面活性剂的摩尔比一般为4 ： 150 ： 1。3 2含有聚氧乙烯链的离子型表面活性剂分了中引入聚氧乙烯基有利丁-降低分了的电荷密度从而减弱离了头基间的强静电相互作川。 同时，由丁-聚氧乙烯链兼有弱的亲水件和弱的亲汕性，它不仅使农血活性剂的极性增尢同时也増 长了疏水基的长度。聚氧乙烯链的亲水件和位阻效应减弱了阴-阳离了农fij'ftn剂之间的相互作 用，从而对沉淀或凝聚作用有明显的抑制作用。3 3加入两性

16、表而活性剂两性表而活性剂其表而活性不如阴、阳离（型表面活性剂強。将其加入阴阳离农而活性 剂复配体系，结果表明有利丁改善复配体系的溶解性能。对混合溶液表面层和胶团和中的分（和 互作用参数b s和b m的计算表明，阴阳离（表面活性剂与两性表而活性剂混合体系在表而层 中可能形成双分（或多分孑层结构。其缺点是加入比例较人时，阴阳离农而活性剂z表而活 性会有较大的降低，同时成本太窩。3 4加入非离子表而活性剂加入溶解度较人的非离表而活性剂，阴阳离/表面活性剂在水中溶解度明显增加。实验表 明，当非离了农面活件剂浓度超过c m c后才能使阴-阳离了农血活性剂溶解,说明非离了农面活 性剂的增溶作用改善了阴阳离

17、子表面活性剂的溶解性能。而且,非离子表面活性剂有其自身的 优良洗涤性能，在水溶液中不电离、以分了状态存在,9其他类型农血活性剂有较好的相容性，因 而可以很好地混合使川。非离了农面活性剂具有高农面活性，其水溶液的农血张力、c m c亦低 丁-离了型表面活性剂，且胶团聚合数大，增溶作用强，具有良好的乳化能力和洗涤作用。在合成纤 维纺织制品口益増加，富营养化使禁磷呼声高涨,洗涤剂中磷酸盐的使川受到限制的情况下，聚氧 乙烯空非离了农血活性剂的川量会日益增加。浊点现象即非离了农面活件剂在高温下析出的现 象，在洗涤过程中有匝要的作川。温度高时，使织物上的油脂性污垢被溶解;温度低时，非离了农血 活性剂9水电

18、新结合，将汕污携带到洗涤液中被淸洗除乩 由此可见，在阴-阳离了农面活性剂复 配体系中加入非离了农面活性剂，不但有利丁-复配体系溶解度増加，而h还可以起到增强洗涤效 果的双用作川。阴-阳离了农血活性剂之配合使川，两者的配川比例是个重要问题。以阴离了农 面活性剂为主，加入少量的阳离子表面活性剂,有时再加以适量的非离子表面活性剂铺助，有可能 得到性能较好、价格合理、高效复配型配方产品。阴/阳/非三元复配型农面活性剂体系将是今 后发展的重点。4配方技术并不是在阴离子表面活性剂中加入少量阳离子表面活性剂，或再加入适量非离子表面活性剂 就泄可得到具有高表面活性的优良复配洗涤剂，其制造过程、包裹方法、阴、阳离了及非离了 农血活性剂种类的选择都十分用要。以阳离了农面活性剂在洗涤剂中的实际应川为例,发现阳离 子表面活性剂一般不宜与阴离子表面活性剂直接混合使用，而先