新一代綠色表面活性劑—烷基糖苷

發布日期：2011-07-18 瀏覽次數：780

核心提示：新一代綠色表面活性劑—烷基糖苷

0 引言

烷基多聚糖苷(Alkyl Polyglycoside,簡稱APG)是90年代以來國際上致力開發的新型非離子表面活性劑。

APG是以再生資源淀粉的衍生物葡萄糖和天然脂肪醇為原料,由半縮醛羥基與醇羥基,在酸等催化下脫去一分子水生成的產物,生物降解迅速徹底,無毒無刺激可稱之為“綠色”表面活性劑,可廣泛用做洗滌､乳化､增溶､保濕等功能制品,它不僅表面張力低,泡沫豐富細膩而穩定,去污優良,而且配伍性能極佳。在電解質濃度很高的條件下其溶解度仍很高,無逆相濁點和膠凝現象。是真正能稱得上“世界級”表面活性劑的唯一品種。從生態學和能源角度考慮,它將是下一代新型表面活性劑最有希望的品種之一。

在結構上,APG是非離子表面活性劑的一種。親水基由一個或多個糖苷分子組成,疏水基為直鏈或支鏈的烷烴,兩部分由糖苷作連結基。因糖苷具有兩種不同的連結構型α(淀粉糖苷鍵)和β(纖維素糖苷鍵),因此導致APG的兩種不同構型,α-APG和β-APG。

APG是一多羥基化合物,常見的分析方法有薄層色譜法(TLC)､高壓液體色譜法(HPLC)和氣相色譜法(GC)。

我國擁有相當豐富的淀粉資源和糖資源,近年來又有多個大型脂肪醇生產裝置相繼建成投產,生產烷基糖苷的主要原料充足。根據我國目前的消費水平,選擇具有技術､原料和生產經驗的廠家生產,盡快建立我國烷基糖苷工業化大生產裝置。有關APG的合成技術正在朝著高效､低成本的方向發展,我國對APG的研究起步較晚,無論在產品種類上還是研究水平上與國外先進水平相比仍有差距,而合成APG所需要的糖類物質可以從農副產品中得到,也可以從石油加工副產品中分離出來,國內這方面具有十分豐富的資源,加強開發生產APG新產品,將對我國國民經濟建設起積極作用。

1 烷基糖苷的性能

1.1 物理性狀

APG的物理性質與合成時所用烷基的大小､糖的種類以及聚合度密切相關。APG是吸潮固體,一般溶解于水,較難溶于一些常見的有機溶劑。產品多制成50%～70%的水溶液,純n-APG為白色粉末,實際產品為奶油色,淡黃色至琥珀色,其一般性狀見表1。

1.2 溶解性能

APG在酸液中有優良的溶解性､穩定性和表面活性。在堿液中的溶解性能及表面活性要比其他非離子表面活性劑優良得多。使用過程中,其他表面活性劑對無機電解質較為敏感,APG則可配制成穩定的､濃度高達20%～30%的常用無機鹽的活性溶液。

表面活性劑與生物膜的相互作用使其誘導的溶血歷程不同于滲透溶血歷程,表面活性劑的溶血活性取決于疏水基和親水基的性質。實驗表明由脂肪和糖縮合而成的糖苷物比聚氧乙烯類非離子表面活性劑對生物膜有更高的吸附和滲透能力。這種相互作用導致生物膜增溶和滲透性改變,并誘導血紅蛋白釋出。烷基糖苷誘導的溶血過程極快,幾乎沒有明顯誘導期。在十六烷基糖苷膠團從球狀向棒狀轉變濃度區還出現了第二溶血過程。無毒而高溶血活性的烷基糖苷可以用于制藥和化妝品工業改變藥物動力學過程和提高有效物的經皮吸收。

1.3 HLB值

C₈_～18-APG的HLB值見表1,由此可看出,烷基碳數在8～10的范圍有增溶作用;在10～12的范圍適于作洗滌劑;若碳鏈更長,則具W O型乳化作用乃至潤濕作用。

1.4 吸濕性與粘度

糖苷為吸濕性的固體,宜以水溶液形式貯存,由于糖苷具有優良的水溶性,使得它可配制成50%～70%的水溶液,即便是這樣高濃度的液體,其流動性仍然很好。加入少量乙醇可大大增加溶解,降低粘度,并且溫度對粘度的影響也是比較明顯的。

1.5 泡沫

APG的泡沫細膩而穩定,泡沫力屬中上水平,優于乙氧基化脂肪胺,接近陰離子表面活性劑。APG與其他表面活性劑復配時,提高和改善其他表面活性劑的發泡力及泡沫穩定性。令人驚奇的是APG雖屬非離子表面活性劑。但其發泡力在硬水中明顯降低。短鏈C₈～C₁₀APG對水硬度敏感低于長鏈C₁₂～C₁₄APG敏感。APG在硬水中泡沫力的降低基于APG的聚析現象,隨著水硬度增加其離子強度增大,則部分APG在溶液中形成乳濁液滴,使得水表面上的APG分子變少,降低了APG的發泡力。

APG沒有逆相濁點,因此,含有APG的配方具有優良的高溫度性,由于糖苷單元中含有多烴基,具有強烈的水合作用。導致了APG與LAS混合物在泡沫穩定性方面的協同作用和AES與LAS(直鏈烷基苯磺酸鹽)體系相似,但在硬水中,前者比后者的效果更好。

1.6 去污能力

Francis A.Hughes等人在八十年代初測定了部分APG的去污力,結果表明:其對純水溶液重垢的去污力與TX-10,LAS相當,而且APG分子中的烷基鏈長和糖苷單元數目對去污力無明顯影響。在硬水中APG去污力都有所降低。隨烷鏈長增加去污力增大,當烷基碳數為11時去污力最大,碳數繼續增大,其去污力迅速下降,這緣于C≥12烷基單苷在硬水中溶解度很小之故,也即具有優良的去污力。同時,根據苷類化合物的結構特點,實驗已證明其具有良好的配伍性能,它們不僅具有優良的水溶性,而且在高濃度無機助劑存在下溶解性仍佳,可配制成穩定的含20%～30%常用無機鹽的糖苷溶液。此外,糖苷類化合物的溶解性和溶劑性質使之可配制不需漂洗,所需溶劑量較當前同類產品更少的硬表面清洗劑,且洗后不留殘跡,所以糖苷非常適于配制餐具洗滌劑和其他清潔劑。

2 APG的應用

烷基多糖苷本身結合了傳統的非離子表面活性劑和陰離子表面活性劑的功能特征,因此具有廣泛的應用。

2.1 在化妝品及洗滌劑中的應用

傳統的廚房洗滌劑是以LAS(直鏈烷基苯磺酸鹽)､AEO(脂肪醇聚氧化乙烷醚)或AES(脂肪醇聚環氧乙烷醚硫酸脂鈉鹽)為主要成分,另須加入較多有一定毒性的助溶劑,以改善其溶解性和溫和性。可用于洗滌劑及香波､護膚用品配方中。不僅保持了制品的性能,而且大大提高了溫和性。迄今為止用于該類配方的APG主要是C₈_～14烷基多苷。

APG具有無毒的特性,其LD₅₀>5g/kg(半致死量)。適合配制兒童發用和體用香波,即使誤入眼､口,亦無毒害。對頭發的影響,檢測表明,APG對頭發上蛋白質的洗脫程度和洗滌染色頭發的變色程度均低于AES､AOS(α-烯羥磺酸鈉)､FAS(脂肪醇硫酸鹽)和甜菜堿類。而且APG香波與FAS香波的對比實驗表明,使用APG香波的被試者極少有人感到灼燒和發干等現象。

在美國､歐洲和日本,這種香波和浴液深受歡迎,并已開始打入我國市場。實驗證明將對國產香波和浴液的活性組分以一定比例的APG替代,其性能顯著改善,這可以從根本上解決國產人體用洗滌劑的不足。

由于純天然原料制成的APG的獨特的優越性能,完全符合作為化妝品用活性劑的性能要求,國內外已開始采用APG作為活性組分制成化妝品,這類新型化妝品可顯示良好的皮膚保濕性和皮膚養護性能。在粉狀洗衣粉中,使用APG替代AEO或部分LAS制成的粉狀洗衣劑,在保持原有洗滌劑性能的同時,其溫和性､抗硬水性和對皮膚污垢的洗滌性明顯改善,在以非離子型活性劑AEO和AES為主劑的液體洗滌劑中配入APG以部分替代AEO和AES,可保持其良好耐硬水性和去污力大的特點,是一種理想的液體洗滌劑。

2.2 在生物化學領域的應用

APG與以前的非離子表面活性劑相比,具有以下優點:①臨界膠束濃度高,可用于透析法除去;②蛋白質變性困難;③紫外光穿透性能高,在膜蛋白的增溶､再構成的生物化學領域一般使用效果好。對細胞色素C､RNA聚合酶等物質,具有使這些蛋白質穩定化的功能。

2.3 在工業領域的應用

烷基糖苷有三個游離羥基,可以發生羥基的各種反應,從而合成有用的衍生物。例如通過一定的過程合成(NaSO₃—CH[CHCOO(C₆H₁₂O₆)nOR]COONa),該產物表面性能好,降低表面張力強,乳化性､分散性好,易生物降解,無毒､無刺激､無污染。

APG在乳化劑方面也有廣泛應用。C₁₂～C₁₄烷基多苷一些特殊配方,特別是微乳狀液中做乳化劑;C₁₆～C₁₈APG與脂肪醇復配在O/W乳化體中有自乳化作用(self emulsifying)。在食品乳化劑方面,APG與同食品乳化劑(如甘油脂肪酸)相比,具有相同或相似的性質。以APG作為食品乳化劑不僅解決了我國食品乳化劑只有親油性(HLB5—9)產品的問題,也增加了食品乳化劑的品種。

APG應用于某些塑料制品中可起到穩定和阻燃作用。APG作為一種新型乳化劑亦用于乳液聚合,并得到性能優良的制品,如氯乙烯聚合時,加入APG可使聚氯乙烯具有空隙率高､松密度大,再制模時不易裂縫等特點。此外,在混凝土外加劑中,APG作為加氣劑將能滿足泡沫豐富､穩定､均勻的要求。

2.4 在農業領域的應用

APG有很好的濕潤和滲透性質,它是非離子表面活性劑,對高濃度電解質不敏感,并且APG與聚氧乙烯型非離子表面活性劑不同的是它沒有逆相濁點,因此適合農業應用。APG具有易降解､不污染農作物和土地､吸濕性好等特點,適宜作農藥乳化劑,并可調節土壤濕度,對除草劑､殺蟲劑和殺菌劑都有顯著的增效作用。

3 結論

綜上所述,烷基多聚糖苷所具有的基本特征,即表面張力和界面張力低。去污力優良,對皮膚無刺激,泡沫豐富､細膩､穩定,配伍性能好､無毒安全,環境友好。可以認為它是一種非常有前途的,亟待發展的優良表面活性劑新品種,制造苷類表面活性劑的原料是各類脂肪醇和淀粉及其水解產物。我國有豐富的淀粉資源,所以開發烷基苷類表面活性劑就有了可靠的資源條件。