1泡沫力
两性表面活性剂在其等电区内溶解度最小,吸附性最强。这种特性对其泡沫性能的影响程度取决于在等电区内单体的实际浓度到底几何。含强碱性N原子的两性表面活性剂,如甜菜碱型产物的泡沫力在较宽的pH范围内变化不大,这表明在其等电点附近仍有可观的单体浓度(见图1)。
■起始泡沫高度 □5min后泡沫高度
图1 C12～14甜菜碱的泡沫力的pH效应
含弱碱性N原子的两性表面活性剂在等电点处的各种性质对pH的依赖性很大,由于此时单体浓度较小,因而泡沫力下降,这主要是因为溶解度的降低大大超过吸附性增强的缘故。图2是质量分数为0.5%N-椰油基-β-丙氨酸钠30℃时在软水中的Ross-Mile泡沫性。
图2 N-椰油基-β-丙氨酸钠泡沫力的pH效应
一般认为甜菜碱型表面活性剂是良好的起泡剂,但实际应用中对甜菜碱型表面活性剂单独存在时的泡沫性能并不特别关注。这是因为在许多应用场合,它主要起助表面活性剂的功效。将甜菜碱表面活性剂与其他表面活性剂特别是阴离子表面活性剂复配,可大大增强其他表面活性剂的功效。甜菜碱的一个特点是其泡沫性能受水硬度和介质的pH影响不大,因而能作抗硬水起泡剂使用或在广泛的pH范围内使用。两性表面活性剂与其他类型表面活性剂,特别是阴离子表面活性剂的混合体系的泡沫性,在香波､浴波､餐具洗涤剂､手洗型液体洗涤剂中都有重要应用。虽然高cmc有利于起泡,但稳泡则要求对Gibbs-Marangoni效应最有利的特定表面活性剂浓度。
Weers研究了60℃时100mmol/L十六烷基甜菜碱的Ross-Mile泡沫特性。当分子中碳桥为一个碳原子时,其衍生物是一中等发泡剂,泡沫高度为175mm/0min, 145mm/5min。随着碳桥延长,泡沫高度降低。对于该系列中的长碳链成员,泡沫在最初的几秒钟内便会完全消失。酰胺丙基甜菜碱与皂以1∶9复配后,在表面张力降低和泡沫力方面均有协合作用。
几种磺基甜菜碱在不同介质中的Ross-Miles泡沫特性见表1,由表中数据可知其泡沫特性不太受介质性质的影响。
Fernley测定了羟基磺基甜菜碱中杂质对其泡沫特性的影响,由改良Ross-Miles方法(ISO696)测定了60℃下含1g/L表面活性剂的溶液中含有0.24g/L硅酸钠､0.6g/L硫酸钠和2g/L三聚磷酸钠配方的泡沫力。羟基磺基甜菜碱的起泡力为80mL,与LAS的起泡力>450mL相比,只能算是一种低发泡物质,且生成的泡沫不稳定。在其中加入质量分数为1%阳离子副产物,即烷基三甲基氯化铵,则对泡沫有抑制作用。而阴离子型副产物2-羟基-3-(N-烷基-甲基胺基)丙磺酸钠的加入质量分数为1%时,对泡沫起促进作用,起始泡沫达420mL。非离子副产物对泡沫稳定性没有多少影响。
磷酸基甜菜碱的泡沫特性见表2;pH对十二烷基磷酸基甜菜碱的泡沫特性的影响见表3;
表2 磷酸基甜菜碱的泡沫特性
锍型甜菜碱的泡沫特性见表4。据报告,烷基低聚氨基酸(RNnAa)本身就具有较好的泡沫性(表5),牛脂基三丙四胺五羧甲基钠(TN4A5)亦具有较好的泡沫稳定性见表6。
在与阴离子表面活性剂复配时,泡沫性能非常重要。图3为RNnAa与SLE(2)S以1∶5混合时的Ross-Miles泡沫测试结果,该试验在40℃,150mg/L(CaO)的硬水条件下进行,活性物浓度为1.0g/L。
从图3的结果可见,尽管ON4A5本身并不是好的起泡剂,但可以获得与CoA3A4同样的促泡效果,Ampholak MSX-3(CoN3A4与月桂基甜菜碱的混合物)的促泡效果更好一些。
2 去污力
尽管一些两性表面活性剂在发挥去污作用的碱性条件下仍具有非常好的润湿性,但总体说来,两性表面活性剂单独使用时并不是一种好的洗涤剂。但是,若将两性表面活性剂与阴离子表面活性剂或阳离子表面活性剂复配使用,则会在去污等方面表现出增效作用。文献已披露将两性表面活性剂用于配方中改善钙皂分散行为。图4反映了椰油基磺丙基甜菜碱(CoSB)与“象牙”品牌皂混合物的去污力,以去污前后的光反射率值表示去污力。
图4 CoSB与“象牙”皂混合物的去污力
表7 列出了TN4A5(n=3,m=5)和椰油亚氨基二丙酸盐(CoIDP n=0,m=2)对各种污布的去污力,同表列出椰油基甜菜碱(CoB)作为比较。
在上述实验中所采用的pH值范围已经大大超过两性表面活性剂与非离子表面活性剂复配形成混合胶束时的pH范围,由此对去污值造成的影响可能已不能够仅仅用静电作用来加以解释,表面活性剂的吸附作用对去除特殊污垢起作用:由于大部分织物在水中带负电,表面活性剂扩散到污垢与基质的接触面上形成双电层,阴离子表面活性剂或以阴离子基团定向的两性表面活性剂在基质界面上的反向吸附增强了污垢的电荷。pH升高,两性表面活性剂分子中的羧酸基离子化程度就愈高,也就愈有效。
Ernst用Terg-O-Tometer去污仪测定了几种磺基甜菜碱的去污力。磺基甜菜碱本身算不上是一种好的洗涤剂,但与皂类复配则会产生协合效应,除了提高去污力,也给复配体系赋予许多优良的综合性能。与对待泡沫特性一样,甜菜碱两性表面活性剂本身的去污性能并不引起人们的特别关注,而甜菜碱两性表面活性剂与其他表面活性剂的复配令人感兴趣。美国东部地区研究室的Linfield研究小组提供了甜菜碱衍生物的大量去污数据,他们还研究了其他大量化合物的去污力,确信单独比较时,甜菜碱两性表面活性剂并不是好的洗涤剂。
3 润湿性
两性表面活性剂一般不算是很好的润湿剂,因而很少专门用于润湿用途。润湿性可以用标准棉纱在两性表面活性剂溶液中的下沉时间来表示,时间愈短表明润湿性愈好。两性表面活性剂的润湿性随疏水基碳链链长而变化,在适当链长处表现出最佳润湿性质。这是因为虽然随着碳链增长吸附会加强,但扩散性和溶解度会下降,两者间平衡的结果使最大润湿性在合适的中等链长处出现。由于两性表面活性剂的性能受pH影响,在不同pH处两性表面活性剂分子中的阴､阳离子间的相对强度不同,因而其润湿性能亦随pH而变化。表8列出了磷酸基甜菜碱的润湿力,表9为其在不同pH条件下的润湿力。表10列出了锍型甜菜碱的润湿力。
表8 磷酸基甜菜碱的润湿力
有时,润湿性也以两性表面活性剂溶液在玻璃上的接触角来衡量,长链烷基低聚氨基酸和其他一些氨基酸的相关结果见表11。
4 乳化力
甜菜碱型两性表面活性剂一般不算是很好的乳化剂,表12列出了磷酸基甜菜碱的乳化力。
表12 磷酸基甜菜碱的乳化力
两性表面活性剂其他应用性质见近期专著。
