1泡沫力
兩性表面活性劑在其等電區內溶解度最小,吸附性最強。這種特性對其泡沫性能的影響程度取決于在等電區內單體的實際濃度到底幾何。含強堿性N原子的兩性表面活性劑,如甜菜堿型產物的泡沫力在較寬的pH范圍內變化不大,這表明在其等電點附近仍有可觀的單體濃度(見圖1)。
■起始泡沫高度 □5min后泡沫高度
圖1 C12～14甜菜堿的泡沫力的pH效應
含弱堿性N原子的兩性表面活性劑在等電點處的各種性質對pH的依賴性很大,由于此時單體濃度較小,因而泡沫力下降,這主要是因為溶解度的降低大大超過吸附性增強的緣故。圖2是質量分數為0.5%N-椰油基-β-丙氨酸鈉30℃時在軟水中的Ross-Mile泡沫性。
圖2 N-椰油基-β-丙氨酸鈉泡沫力的pH效應
一般認為甜菜堿型表面活性劑是良好的起泡劑,但實際應用中對甜菜堿型表面活性劑單獨存在時的泡沫性能并不特別關注。這是因為在許多應用場合,它主要起助表面活性劑的功效。將甜菜堿表面活性劑與其他表面活性劑特別是陰離子表面活性劑復配,可大大增強其他表面活性劑的功效。甜菜堿的一個特點是其泡沫性能受水硬度和介質的pH影響不大,因而能作抗硬水起泡劑使用或在廣泛的pH范圍內使用。兩性表面活性劑與其他類型表面活性劑,特別是陰離子表面活性劑的混合體系的泡沫性,在香波､浴波､餐具洗滌劑､手洗型液體洗滌劑中都有重要應用。雖然高cmc有利于起泡,但穩泡則要求對Gibbs-Marangoni效應最有利的特定表面活性劑濃度。
Weers研究了60℃時100mmol/L十六烷基甜菜堿的Ross-Mile泡沫特性。當分子中碳橋為一個碳原子時,其衍生物是一中等發泡劑,泡沫高度為175mm/0min, 145mm/5min。隨著碳橋延長,泡沫高度降低。對于該系列中的長碳鏈成員,泡沫在最初的幾秒鐘內便會完全消失。酰胺丙基甜菜堿與皂以1∶9復配后,在表面張力降低和泡沫力方面均有協合作用。
幾種磺基甜菜堿在不同介質中的Ross-Miles泡沫特性見表1,由表中數據可知其泡沫特性不太受介質性質的影響。
Fernley測定了羥基磺基甜菜堿中雜質對其泡沫特性的影響,由改良Ross-Miles方法(ISO696)測定了60℃下含1g/L表面活性劑的溶液中含有0.24g/L硅酸鈉､0.6g/L硫酸鈉和2g/L三聚磷酸鈉配方的泡沫力。羥基磺基甜菜堿的起泡力為80mL,與LAS的起泡力>450mL相比,只能算是一種低發泡物質,且生成的泡沫不穩定。在其中加入質量分數為1%陽離子副產物,即烷基三甲基氯化銨,則對泡沫有抑制作用。而陰離子型副產物2-羥基-3-(N-烷基-甲基胺基)丙磺酸鈉的加入質量分數為1%時,對泡沫起促進作用,起始泡沫達420mL。非離子副產物對泡沫穩定性沒有多少影響。
磷酸基甜菜堿的泡沫特性見表2;pH對十二烷基磷酸基甜菜堿的泡沫特性的影響見表3;
表2 磷酸基甜菜堿的泡沫特性
锍型甜菜堿的泡沫特性見表4。據報告,烷基低聚氨基酸(RNnAa)本身就具有較好的泡沫性(表5),牛脂基三丙四胺五羧甲基鈉(TN4A5)亦具有較好的泡沫穩定性見表6。
在與陰離子表面活性劑復配時,泡沫性能非常重要。圖3為RNnAa與SLE(2)S以1∶5混合時的Ross-Miles泡沫測試結果,該試驗在40℃,150mg/L(CaO)的硬水條件下進行,活性物濃度為1.0g/L。
從圖3的結果可見,盡管ON4A5本身并不是好的起泡劑,但可以獲得與CoA3A4同樣的促泡效果,Ampholak MSX-3(CoN3A4與月桂基甜菜堿的混合物)的促泡效果更好一些。
2 去污力
盡管一些兩性表面活性劑在發揮去污作用的堿性條件下仍具有非常好的潤濕性,但總體說來,兩性表面活性劑單獨使用時并不是一種好的洗滌劑。但是,若將兩性表面活性劑與陰離子表面活性劑或陽離子表面活性劑復配使用,則會在去污等方面表現出增效作用。文獻已披露將兩性表面活性劑用于配方中改善鈣皂分散行為。圖4反映了椰油基磺丙基甜菜堿(CoSB)與“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。
圖4 CoSB與“象牙”皂混合物的去污力
表7 列出了TN4A5(n=3,m=5)和椰油亞氨基二丙酸鹽(CoIDP n=0,m=2)對各種污布的去污力,同表列出椰油基甜菜堿(CoB)作為比較。
在上述實驗中所采用的pH值范圍已經大大超過兩性表面活性劑與非離子表面活性劑復配形成混合膠束時的pH范圍,由此對去污值造成的影響可能已不能夠僅僅用靜電作用來加以解釋,表面活性劑的吸附作用對去除特殊污垢起作用:由于大部分織物在水中帶負電,表面活性劑擴散到污垢與基質的接觸面上形成雙電層,陰離子表面活性劑或以陰離子基團定向的兩性表面活性劑在基質界面上的反向吸附增強了污垢的電荷。pH升高,兩性表面活性劑分子中的羧酸基離子化程度就愈高,也就愈有效。
Ernst用Terg-O-Tometer去污儀測定了幾種磺基甜菜堿的去污力。磺基甜菜堿本身算不上是一種好的洗滌劑,但與皂類復配則會產生協合效應,除了提高去污力,也給復配體系賦予許多優良的綜合性能。與對待泡沫特性一樣,甜菜堿兩性表面活性劑本身的去污性能并不引起人們的特別關注,而甜菜堿兩性表面活性劑與其他表面活性劑的復配令人感興趣。美國東部地區研究室的Linfield研究小組提供了甜菜堿衍生物的大量去污數據,他們還研究了其他大量化合物的去污力,確信單獨比較時,甜菜堿兩性表面活性劑并不是好的洗滌劑。
3 潤濕性
兩性表面活性劑一般不算是很好的潤濕劑,因而很少專門用于潤濕用途。潤濕性可以用標準棉紗在兩性表面活性劑溶液中的下沉時間來表示,時間愈短表明潤濕性愈好。兩性表面活性劑的潤濕性隨疏水基碳鏈鏈長而變化,在適當鏈長處表現出最佳潤濕性質。這是因為雖然隨著碳鏈增長吸附會加強,但擴散性和溶解度會下降,兩者間平衡的結果使最大潤濕性在合適的中等鏈長處出現。由于兩性表面活性劑的性能受pH影響,在不同pH處兩性表面活性劑分子中的陰､陽離子間的相對強度不同,因而其潤濕性能亦隨pH而變化。表8列出了磷酸基甜菜堿的潤濕力,表9為其在不同pH條件下的潤濕力。表10列出了锍型甜菜堿的潤濕力。
表8 磷酸基甜菜堿的潤濕力
有時,潤濕性也以兩性表面活性劑溶液在玻璃上的接觸角來衡量,長鏈烷基低聚氨基酸和其他一些氨基酸的相關結果見表11。
4 乳化力
甜菜堿型兩性表面活性劑一般不算是很好的乳化劑,表12列出了磷酸基甜菜堿的乳化力。
表12 磷酸基甜菜堿的乳化力
兩性表面活性劑其他應用性質見近期專著。
