香波中主表面活性劑主要起清潔和起泡作用,這類表面活性劑種類較多,目前最常用的表面活性劑是一些陰離子表面活性劑,應用最廣的是月桂醇醚硫酸鹽(鈉鹽或銨鹽,簡稱AES或SLES)和月桂醇硫酸鹽(鈉鹽或銨鹽,簡稱SLS或AS),有時為兩者的混合物。
(一)烷基硫酸酯鹽
烷基硫酸酯類陰離子表面活性劑的分子通式為ROSO3M,其中R=C8~18,M=Na+、K+、HN+(CH2CH2OH)3。烷基硫酸鹽以高級脂肪醇為原料經硫化后再用堿中和制備而得。
脂肪醇硫酸鹽通常也稱為烷基硫酸鹽(縮寫AS)。這類陰離子表面活性劑的親水基團是硫酸基,帶有負電荷,溶于水中時具有表面活性的部分為陰離子。
脂肪醇硫酸酯鹽的洗滌力以C14~18為最好,C11~12洗滌力較差。C15的脂肪醇硫酸酯鹽泡沫力最好,在C13~14間顯著上升,在C15~16間顯著下降。月桂醇硫酸鈉可溶于水,有優(yōu)良的起泡性和清潔性,但有一定的刺激性,在酸性條件下易水解。月桂醇硫酸銨具有月桂醇硫酸鈉的所有優(yōu)點,但其刺激性明顯低于月桂醇硫酸鈉。在使用銨鹽時pH必須控制在6.5以下,否則會釋放出氨氣,尤其在炎熱的夏季。月桂醇硫酸鹽一般不單獨作為主表面活性劑使用。
烷基硫酸酯鹽在水中的溶解度與烷基鏈長有關,與正離子的種類有關,與溫度有關。烷基硫酸酯鹽同系物隨著碳數的增加溶解度下降。烷基硫酸酯鉀鹽比鈉鹽溶解性差,而鈉鹽又比胺鹽溶解性差。如果制成三乙醇胺鹽,其溶解性和有關性能均較鈉鹽好。
椰子油加氫所得的C8~18醇中的C12和C14醇是較理想的親油基,它的硫酸酯鹽有溶解性、泡沫性和去污性的最好平衡值。C12~14窄分布的脂肪醇硫酸酯鹽應用也很廣泛,它有很好的潤濕作用,能產生豐富的泡沫。其溶液黏度的大小也取決于成鹽的陽離子、以鹽形式存在的不純物和未硫酸化的脂肪醇含量。
(二)烷基聚氧乙烯醚硫酸酯鹽
在烷基硫酸酯的分子中再引入聚氧乙烯醚結構或酯結構,則可獲得性能更優(yōu)良的表面活性劑。烷基聚氧乙烯醚硫酸酯鹽的生物降解性好,其溶解度、去污力、起泡性等物理性能隨脂肪醇碳鏈長度的不同而有差異,在水中的溶解度隨烷基鏈中碳原子數的增加而減少。其溶解度還與成鹽的陽離子有關,相應的順序為:三乙醇胺鹽>銨鹽>鈉鹽>鉀鹽。
烷基聚氧乙烯醚硫酸鹽簡稱醇醚硫酸鹽,其分子式為:R—O(CH2CH2O)n—OSO3M其中R為C12~C16烷基,n一般為2~3,M為Na+、NH4+、[NH(C2H5OH)3]+。其合成途徑為:先使脂肪醇與環(huán)氧乙烷縮合,然后再硫酸化、中和,最后得到脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸鹽,其化學方程式為
烷基聚氧乙烯醚硫酸鈉鹽簡稱為AES,AES為淡黃色的黏稠液體,其物理性質與烷基“R”中碳原子數有關,更與環(huán)氧乙烷(EO)的加成數n密切相關。一般烷基R多為十二烷基,EO加成數n為4時,其溶解性最佳,n數越大,則溶解性越好。當n為4~6時,其發(fā)泡性好;當n>20時,發(fā)泡力便急劇下降;當n為1~2時,其去污力強;另外,n愈大其耐熱性愈好。市售AES的質量分數一般為25%和70%左右,其親油基可以是天然醇,也可以是合成醇。平均乙氧基化度為2~3,實際上是不同加成數的混合物。
由于AES中加成了EO,增加了其親水基,使其性能比AS優(yōu)越,它還具有非離子表面活性劑性質,在硬水中仍有較好的去污力,且不受水的硬度的影響。烷基聚氧乙烯醚硫酸鈉和烷基聚氧乙烯醚硫酸銨的親水基還包括聚氧乙烯基,疏水基主要是烷基,在分子結構中還可能存在酰胺基、酯鍵、醚鍵。脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸酯鹽通常比脂肪醇硫酸酯鹽的溶解度要大,其耐熱性也比AS的好,刺激性遠低于AS。AES的透明點比AS的低,且隨加成EO數的增加而降低。另外,AES具有良好的與其他陰離子、非離子表面活性劑的配伍性。產品的活性物含量為(70±2)%,pH為7~9。AES在一般pH范圍內是穩(wěn)定的,但在強酸或強堿的條件下,會發(fā)生水解。AES的發(fā)泡密度和體積略低于AS,當與烷基醇酰胺和甜菜堿等表面活性劑復配時,對最終產品的黏度和泡沫都會有協(xié)同效果。黏度和泡沫的峰值一般在它們的含量質量分數為10%~50%范圍內。
月桂醇醚硫酸鹽是目前最流行的主表面活性劑,一般含有2~3mol的環(huán)氧乙烷。月桂醇醚硫酸鹽具有良好的清潔和起泡性能,水溶性好,刺激性低于月桂醇硫酸鹽,與其他表面活性劑和添加劑具有良好的配伍性。它可單獨或與月桂醇硫酸鹽復配為香波的主表面活性劑,當兩者復配使用時,前者的比例越高,則體系的溫和性越高,增稠性能越好,但泡沫性能稍差;反之,則體系的刺激性稍高,增稠性能稍差,但泡沫更豐富。
(三)烯基磺酸鹽
烯基磺酸鹽簡稱AOS,AOS是由α-烯烴磺化反應制得的以C14~16為主的陰離子表面活性劑,主要由70%左右的烯基磺酸鹽、約30%的羥烷基磺酸鹽和約0~5%的烯基二磺酸鹽組成。AOS具有良好的乳化力,生物降解性好,對皮膚的刺激小,與其他陰離子表面活性劑有良好的配伍性。它的不足之處在于其產品是很復雜的混合物,產品質量不易控制。AOS在洗滌劑工業(yè)中有廣泛的應用,在化妝品中可用于香波、浴液、洗手液等制品。
AOS是下列四種物質的混合物(R為烷基):
R—CH2—CH=CH—CH2—SO3Na
R—CH=CH—CH2—CH2—SO3Na
R—CH2—CH(OH)—CH2—CH2—SO3Na
R—CH(OH)—CH2—CH2—CH2—SO3Na
烯基磺酸鹽的碳原子數一般在14~18之間,這時的去污力較好。C14~16AOS因其溶解性好、泡沫豐富、性能溫和,特別適宜于配制香波、浴液和餐具洗滌劑等液體產品。水硬度對AOS去污力的影響遠小于直鏈烷基苯磺酸鹽(LAS鹽)與烷基硫酸酯鹽(AS鹽)。碳鏈長短對AOS去污力的影響很大,在54mg/kg的硬水中,去污力的排列順序是C16>Cl8>C14,但在360mg/kg的硬水中,去污力的排列順序則為C14>C16>C18。AOS的起泡性和泡沫穩(wěn)定性均優(yōu)于LAS,其中以C14~16AOS的泡沫性能最好,在54~360mg/kg的硬度范圍內,都表現出很好的起泡性。AOS在低溫條件下具有較低的臨界膠束濃度、優(yōu)良的增溶能力及鈣皂分散力。
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