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两性离子表面活性剂常用品种与特性

放大字体  缩小字体 发布日期:2011-07-23  浏览次数:5189
核心提示:两性离子表面活性剂常用品种与特性

    两性离子表面活性剂具有特殊的分子结构,在一个分子中同时带有两种电性的亲水基团,既具有正电荷的基团(如季铵盐),又具有负电荷的基团(如羧基或磺酸基),将阴阳离子集于一身,两者在水溶液中均能起到表面活性作用。

    当然,阴阳离子本身是对立的,两性离子表面活性剂虽然同时带有两种离子,但不可能同时表现出阴阳离子表面活性剂的性质,要视使用环境条件而定。

    两性离子表面活性剂在水溶液中发生电离,电离后所带的电性与溶液的pH值密切相关。在等电点的pH值溶液中阴阳离子相互作用形成内盐,正负电性抵消后呈现非离子性,此时表面活性较差;在等电点以下的pH值溶液中呈阳离子性,显示阳离子表面活性剂的作用;在等电点以上的pH值溶液中呈阴离子性,显示阴离子表面活性剂的作用。因此两性表面活性剂在酸性、碱性和中性溶液中均可使用,而且能够分别与阳离子或阴离子表面活性剂配伍使用,相容性好。

    两性离子表面活性剂还有耐硬水、发泡力强、毒性低、对皮肤刺激性小等特点。近年来,化妆品产品更加强调安全性和调理性,对表面活性剂的选择有所改变,在配方里更多地使用这类性质温和的两性离子表面活性剂。

几种在化妆品中经常使用的两性离子表面活性剂介绍如下。

1  咪唑啉型两性表面活性剂

    两性咪唑啉是两性表面活性剂中应用最广的一类化合物。

    一般的咪唑啉化合物是用乙二胺衍生物和脂肪酸缩合而成的一类环状叔胺化合物。用咪唑啉衍生物与卤代羧酸进一步反应可以制得两性离子咪唑啉:

   

    这类化合物的疏水基团是连接在2位的长链烷基,亲水基团是羧乙基和羟乙基等。由于在中性溶液中呈现内盐的结构,所以能够溶解或者分散在热水中。在偏酸性环境中会表现出季铵盐化合物的性质,在水中的溶解度增加。在碱性环境下相当于大分子量羧酸金属盐,水溶解性较差。

    咪唑啉化合物在较高浓度的无机酸和电解质溶液中稳定,但可被过氧化氢和次氯酸盐氧化。在偏酸性环境中由于活性基团带正电荷,能吸附在带负电荷的表面。这种吸附作用在很大程度上决定了它的应用领域。一般的织物纤维都带有负电荷,咪唑啉化合物吸附在纤维的表面会削弱洗涤作用,对清洁功能的发挥是不利的因素,所以咪唑啉化合物很少单独作为洗涤剂使用。但是皮肤、头发和细菌都带有负电荷,可以牢固地吸附咪唑啉化合物阳离子活性基团而达到滋润、调理、杀菌和抗静电等特殊的效果。

    两性咪唑啉是一种优良的表面活性剂,刺激性很小,可用作抗静电剂、柔软剂、调理剂、消毒杀菌剂。

    使用两性咪唑啉配制出来的香波性质温和,没有毒性,对皮肤和眼睛刺激性很小,无过敏性反应,因而可用于婴儿香波和沐浴用品中。两性眯唑啉与聚合阳离子表面活性剂兼容性好,是调制无刺激性调理香波和易梳理香波必不可少的组分。在2-位具有长碳链的两性咪唑啉衍生物可以作为柔软剂使用,还具有抗静电性和润滑性,使头发洗后无静电,柔软疏松,飘逸动人。

    两性咪唑啉在硬水和软水中同样具有良好的洗涤力,耐硬水、耐电解质,具有钙皂分散能力和润湿性,生物降解性良好。依碳架结构不同可有高泡性和低泡性。两性咪唑啉对酸碱均稳定,在宽广的pH值范围内能与各种洗涤助剂相容,因而在各种洗涤配方里都可以应用。

    具有代表性的两性咪唑啉是2-十二烷基-N-羟乙基-N-羧甲基昧畔啉。

   

    作为日用化工原料出售的2-十二烷基-N-羟乙基-N-羧甲基咪唑啉是米黄色或琥珀色黏稠液体,活性物含量40%~50%,pH8595。可溶解在温水中,无毒,对人体皮肤无刺激,生物降解性良好。具有优良的柔软、抗静电和发泡性,在偏酸性环境下有杀菌性。与阴离子、阳离子和非离子表面活性剂有很好的配伍性,非常适合用于配制温和型的个人洗涤用品,例如婴儿沐浴露、杀菌消毒洗手液、调理洗发香波、护发素等。

2甜菜碱及其衍生物

    最早的甜菜碱是从甜菜中分离出来的一种天然产物,其分子结构为三甲胺基乙酸盐。采用人工合成的办法在甜菜碱分子中引入一个长碳链烃基代替甲基可以得到一系列烷基甜菜碱型表面活性剂。最有代表性的是N-十二烷基-NN-甲基-N-羧甲基甜菜碱(简称十二烷基甜菜碱,BS-12)

   

    与阴离子表面活性剂相比,烷基甜菜碱类表面活性剂的洗涤、去污等性能存在一定的差距,所以一般很少单独作为主活性剂使用,就算这样使用在经济上也划不来。但是将烷基甜菜碱与阴离子表面活性剂复配则具有良好的泡沫性、润湿性和清洗性能。

    烷基甜菜碱在硬水中能防止香皂的沉淀,可以作为脂肪酸皂的分散剂使用。

    烷基甜菜碱在偏酸性的环境里显示阳离子表面活性剂的性质,吸附在带负电荷的头发、纤维表面,起到抗静电和柔软的功效。利用此特点,将烷基甜菜碱应用在洗发香波中,能显示良好的头发调理性质。而应用于沐浴液和洗手液则具有对皮肤温和以及无刺激的特点。

    椰油基二甲基甜菜碱(商品代号BS-12)  RN+(CH3)2CH2C00-R=C12H25直链烷基。无色或浅黄色的黏稠液体,易溶于水,是一种两性表面活性剂。有优良的去污、柔软、抗静电、发泡和湿润性能。对皮肤刺激性小,手感好。易于生物降解,毒性低,有很好的抗硬水性和对金属的缓蚀性。

    市场上出售的用于化妆品和洗涤用品BS-12产品,一般外观为无色或浅黄色的黏稠液体,活性物含量30%左右,有些还含有<7%的无机盐。pH68

    Bs-12主要用于配制洗发香波、泡沫浴和儿童用浴剂,也用作织物用柔软剂、抗静电剂和羊毛缩绒剂。还用于杀菌消毒剂、金属防蚀剂、乳化剂及橡胶工业的凝胶乳化剂等。

    椰油酰胺丙基甜菜碱(CAB)  在烷基甜菜碱分子碳链中插入酰胺基,增加的氮原子在酸性环境下使用时可以形成氨盐甚至季铵盐,增加了亲水活性基,其性能更加优越。CAB在洗发护发二合一香波配方里经常被使用,成为最常用的两性表面活性剂品种。其结构简式如下。

   

    商品的椰油酰胺丙基甜菜碱称为CAB-35,是无色或淡黄色透明溶液,其中活性物含量30%左右,氯化钠含量5%。游离胺不超过2%。它可以按照任意比例溶解于水中,5%水溶液的pH值在458之间。在宽广的pH值范围内CAB-35是比较稳定的。

    椰油酰胺丙基甜菜碱与阴离子表面活性剂和其他非离子表面活性剂一般都能够顺利配伍,使用上比较方便,不会导致分解或沉淀。

    椰油酰胺丙基甜菜碱的显著特点是对眼睛和皮肤的刺激性很低,是一种十分温和的表面活性剂。因为对人体安全,所以非常适合用来配制那些使用时容易入眼的洗发香波和使用时要大面积接触皮肤的沐浴液。

3氨基酸及其衍生物

    氨基酸型两性表面活性剂是一类性质温和的非离子表面活性剂。它是由脂肪胺与卤代羧酸反应而制得:

C1CH2CH2COONaRNH2RNHCH2CH2C00Na

             β-氯代丙酸钠    N-烷基取代-β-丙氨酸钠

改变原料的配比也可以得到二元氨基酸产物:    -

   

    氨基酸型两性表面活性剂本身是电中性的,不像季铵盐,在分子结构中没有带电荷的离子。可是在偏酸性的溶液里却呈现如同季铵盐阳离子的特性,它的阳离子亲水基的正电荷是由氨基携带的,例如:

   

    而在偏碱性的溶液里,它表现脂肪酸盐阴离子表面活性剂的特性,阴离子亲水基的负电荷通过羧基来携带。

    由于在酸碱性溶液里都具有亲水基团,而且亲水基团分别与典型的阳离子表面活性剂或阴离子表面活性剂相同,所以氨基酸型两性表面活性剂与其他类型的表面活性剂有良好的相容性,可以方便地复配使用。通常季铵盐类阳离子表面活性剂的相容性较差,与阴离子表面活性剂复配有可能产生沉淀。但双十八烷基二甲基氯化铵与N-十二烷基爷丙氨酸配合使用相安无事,并且具有良好的洗涤性能和发泡性能。N-烷基取代母丙氨酸钠与月桂基硫酸钠(AS)或者月桂基聚氧乙烯醚硫酸钠(AES)一起调配制成的香波可降低对眼睛的刺激性,并且能够改善单独使用ASAES时脱脂力太强的缺点。

    氨基酸型两性表面活性剂的三乙醇胺盐有特别优良的泡沫性能,与其他两性表面活性剂显著不同,可以单独作为主洗涤剂应用。

    尽管氨基酸型两性表面活性剂在很宽的pH值范围内都可以使用,但是在不同pH值下性能还是有差别的。它们在酸性环境中具有抗静电剂和杀菌剂的作用,对头发的梳理性才显示最佳效应。而在弱碱性环境下才达到最佳泡沫性能。这些差别应该是由于在不同pH值下亲水基不相同造成的。

    油酰基丙氨酸钠  商品名称为雷米邦A。主要化学成分如下:

    

    商品油酰基丙氨酸钠是棕黄色黏稠液体,活性物含量30%左右,pH885。在硬水和酸碱环境中都比较稳定。有良好的钙皂分散力,脱脂力弱,对皮肤的刺激性比较低,适合于配制沐浴和洗头发的产品。

    ②N-月桂酰基谷氨酸盐外观是乳白色或浅黄色粉末,熔点9498。主要化学成分如下:

   

    市面上销售的商品通常的含量在90%左右,带有少量游离脂肪酸和水分。能够溶解在水中,泡沫适中,洗涤力强。具有优良的乳化性和润湿性,能够耐硬水。生物降解性好。对皮肤无刺激性,适合用于配制性质温和的化妆品产品。

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