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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-阳离子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-阳离子表面活性剂之间的可配伍性之对策,诸如采用非等摩尔比复配、在离子型表面活性剂中引入聚氧乙烯链及加入非离子或两性表面活性剂进行调节等手段以优化配方性能和提高综合经济效益。总结了阴—阳离子表面活性剂复配体系用于洗涤用品的可行性配方技术,即采取无机助剂、
2、水溶性有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 目前,表面活性剂复配体系的研究与应用已形成热点,如表面活性剂与无机物、高聚物或表面活性剂之间复配等,其目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中相互作用会产生沉淀或絮状络合物,从而产生负效应甚至使表面活性剂失去表面活性。研究发现,在
3、一定条件下阴-阳离子表面活性剂复配体系具有很高的表面活性,显示出极大的增效作用,这样的复配体系已成功地用于实际。由于阴-阳离子表面活性剂复配在一起相互之间必然产生强烈的电性作用,因而使表面活性大大提高。有人认为阳离子型表面活性剂与阴离子型表面活性剂混合之后形成了“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ｃｍｃ时的表面张力γｃｍｃ比单一组分的最低表面张力低。阳离子表面活性剂Ｃ8Ｈ17Ｎ(
4、ＣＨ3)3Ｂｒ(以下用Ｃ8Ｎ表示)与阴离子表面活性剂Ｃ8Ｈ17ＳＯ4Ｎａ(以下用Ｃ8Ｓ表示)等摩尔复配体系的γｃｍｃ比两纯组分各自的γｃｍｃ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张力可以低至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11ｍＮ/ｍ)。事实上,在单组分的碳氢链表面活性剂中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 达到指定的表面张力γ时,复配体系所需表面活性剂总浓度比单一表面活性剂
5、溶液所需浓度低。十二醇聚氧乙烯醚硫酸铵(ＡＥＳＡ)与阳离子表面活性剂十二烷基三甲基溴化铵(ＤＴＡＢ)以9/1(ｍｏｌ)复配,当达到相同的表面张力38ｍＮ/ｍ时,体系的总浓度为5×10-6ｍｏｌ/Ｌ,远比单一组分ＡＥＳＡ(4×10-4ｍｏｌ/Ｌ及ＤＴＡＢ(1×10-2ｍｏｌ/Ｌ)的浓度低得多。 1.3 降低ｃｍｃ 复配体系的ｃｍｃ小于每一单纯组分表面活性剂的ｃｍｃ,甚至呈现几个数量级的降低。如等摩尔Ｃ12Ｈ25Ｎ(Ｃ2Ｈ4ＯＨ)3ＣＬ与Ｃ12Ｈ25ＳＯ4Ｎａ复配体系的ｃｍｃ分别为上述两种单一表面活性剂的1/
6、208和1/240。再如以等摩尔Ｃ12Ｈ25Ｎ(Ｃ2Ｈ4ＯＨ)3Ｃｌ与Ｃ8Ｈ17ＳＯ4Ｎａ复配,体系的ｃｍｃ分别为单一表面活性剂的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 表面吸附 阴阳离子表面活性剂复配后会导致每一组分吸附量增加,这是由于阴、阳离子表面活性剂间存在强烈相互作用,这种相互作用包括异性离子间的静电吸引作用以及烃基间的憎水相互作用。阴阳离子表面活性剂在吸咐层呈等比组成时达到最大电性吸引,表面吸附层分子排列更加紧密而使表面吸附增加。如Ｃ8ＮＣ8
7、Ｓ的等摩尔复配溶液的饱和吸附量达到5.6×10-10ｍｏｌ/ｃｍ2,相应的每个吸附分子平均所占面积Ａｍ约为03ｎｍ2,比单一表面活性剂溶液表面吸附层的最小分子面积(均大于04ｎｍ2)小得多。2 增效效应的应用 2.1 去污性能 阳离子表面活性剂可少量添加在以阴离子表面活性剂为主的洗涤剂中作为增效剂,提高去污能力。过去一般认为阳离子表面活性剂对织物的洗涤作用是不利的,因为一般纤维和固体表面在水溶液中,特别是在碱性水溶液中,通常带有负电荷,而阳离子表面活性剂在水溶液中,特别是碱性水溶液中的表面活性由表面活性阳
8、离子来体现,在静电作用下,阳离子表面活性剂在织物(或固体)表面形成了亲水基朝向内、非极性基朝向外的排列,使织物疏水性增大而不利于洗涤,甚至有反洗涤作用。正因为如此,阳离子表面活性剂很容易吸附在固体表面形成一层表面膜,依据阳离子表面活性剂的种类及吸附表面的性质,这一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表面上的无机细颗粒有很多
