表面活性剂的许多特性在单独使用时往往不能充分发挥。但当一种表面活性剂与其他表面活性剂复配时,溶液的物理化学性质会发生明显的变化,其表面活性优于各个组分的性能。从表面活性剂复配着手,选择阴离子型表面活性剂仲烷基磺酸钠(SAS)、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠(AES)和非离子型表面活性剂烷基多糖苷(APG)进行复配实验。改变不同表面活性剂之间的配比,通过对临界胶团浓度(CMC)的分析研究,解释了胶团的形成过程和胶团的具体组成。APG、SAS、APGAES体系分子间相互作用系数βm为负值,表明它们在胶团中分子间的相互作用比同种分子间的相互作用要强;而且βm的值在3附近,表明APG、SAS、APGAES体系分子间存在中等强度的相互作用;同时在形成胶团能力方面符合增效作用判断准则,这些结论将有助于实际配方的确定。
随着人们对环境保护和个人自身保护意识的增强,对手洗餐具洗涤剂提出了更高的要求:产品需具有无刺激、无毒;生物降解迅速、彻底;配伍性能优良、可持续发展等优点,以减轻对环境的破坏和对皮肤的刺激性。为了适应市场对“绿色产品”的需求,作者尝试研制一种新型的低刺激的手洗餐具洗涤剂,这种餐洗剂是以天然表面活性剂为主配制的,既能提高对餐具残留污脂的洗涤性能,又能满足低刺激、无毒的要求。选择烷基多糖苷(APG)、仲烷基
磺酸钠(SAS)、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠(
AES)三种表面活性剂进行复配。
通过对混合体系中胶束形成机理和混合胶束组成的研究以及分子间相互作用参数的测定,考察了复配对胶束形成的影响。这些结果将有助于搞清新一代天然非离子表面活性剂APG与两种毒性低、生物降解性好的阴离子表面活性剂SAS与
AES分子间相互作用的机理以及相互作用对胶束的影响,为在实际应用中寻找高效经济的配方提供理论依据。
1 实验
所用表面活性剂原料为工业级经纯化。实验用水为经离子交换器去离子的二次蒸馏水。使用JZHY-180界面张力仪对APGSAS、APG
AES复配体系进行表面张力的测定,实验温度(25±0.2)℃、(50±0.2)℃,恒温2h使体系稳定。根据测出的表面张力对浓度的对数作图,由转折点确定临界胶团浓度CMC值,计算出胶束组成和分子间相互作用系数,并根据经验公式判断是否有增效作用。
2 结果与讨论
2.1 混合胶团的形成
实验测定两种纯组分及不同比例的APG/SAS和APG
AES二组分复配体系的表面张力γ与浓度c关系,并以γ-logc作图得到如图1～4中的曲线,从图中可见,两个二元复配体系在不同比例不同温度下的γ-logc图在所测的浓度范围内只有一个转折点。这表明它们在溶液中均形成混合胶团。若体系形成理想混合胶团,则有理想混合胶团的公式[1]来计算临界胶团浓度:1CMCT＊=x1CMC10+x2CMC20,数据如表1、2所列。比较不同浓度下临界胶团浓度的实测值和理想值可见,复配体系的实测值都低于理想值,均呈负偏差,说明形成的是非理想混合胶团。对于APGSAS、APG
AES体系,由于两表面活性剂的亲水基不同而且疏水基碳氢链长也各不相同,所以形成的是非理想混合体系。
2.2 混合胶团的组成与分子间相互作用系数
胶团中分子间的相互作用参数βm反映了混合胶团中分子间相互作用的程度,一般βm>10属强相互作用,βm=3～10为中等强度的相互作用,βm<3为弱相互作用,βm≈0无相互作用。胶团中分子间相互作用参数βm可由下式求得:
式中xim为表面活性剂i组分在混合体系胶团中的摩尔分数;CMCi0为表面活性剂i纯组分的临界胶团浓度;cT＊、cTm分别为表面活性剂纯组分在单纯溶液中的反离子浓度及在混合溶液中的反离子总浓度,若没有外加电解质,反离子来自离子型表面活性剂或加入的非离子表面活性剂,故有cT＊=cTm,式(1)可简化为：
通过试差方法可计算出混合胶团的组成与分子间的相互作用系数βm,所得结果列入表1、2中。
从表1、2中数据可见:(1)混合胶团的组分不等于体系的组分;(2)混合胶团组分的摩尔分数随着体系的摩尔分数增加而增大;(3)混合体系的临界胶团浓度小纯组分的临界胶团浓度,这表明复配体系的表面活性高于任一单纯表面活性剂体系的表面活性;(4)APGSAS、APG
AES体系的βm为负值,这表明它们在胶团中分子间的相互作用比同种分子间的相互作用强,这是由于两性及离子型表面活性剂都带电,单一表面活性剂存在时都产生强烈的相互排斥作用,而非离子表面活性剂的加入,则大大减弱了这种作用,因而仍有利于胶团的形成。阴离子表面活性剂极性头之间的氢键结合导致表面活性剂混合溶液表面张力的显著降低。此外,
AES中EO基团极化偶极子作用产生了与非离子间的定向吸引,也使得形成胶束的能力增强;(5)APGSAS、APG
AES体系的βm数值都接近-3～-6,属弱相互作用,且温度的变化对βm影响不大。
2.3 形成胶团能力增效作用的判断
所谓形成胶团能力的增效作用是指混合表面活性剂溶液的临界胶团浓度CMC小于每一纯组分表面活性剂溶液的临界胶团浓度CMC10和CMC20的情况,其判断准则是:
只有同时符合此二条件,体系才存在形成胶团能力的增效作用。表3列出了这些数据。
由表3可见,理论上预测该二元混合体系在形成胶团能力方面都具有增效作用,而实际上是否增效,可比较不同浓度下临界胶团浓度的实测值和理想值,复配体系的实测值都低于理想值,差值范围很宽、很深,呈平底状,即在一种表面活性剂中加入少量第2种表面活性剂就有明显的增效作用。可见理论预测与实际情况是吻合的。
3 结论
(1)APGSAS、APG
AES两元表面活性剂混合体系中由于亲水基不同而且疏水基碳氢链长也各不相同,因此形成非理想混合胶团。
(2)混合体系的临界胶团浓度小于纯组分的临界胶团浓度,表明复配体系的表面活性高于任一单纯表面活性剂体系,混合胶团有增效作用。
(3)APGSAS、APG
AES体系的βm为负值,表明它们在胶团中分子间的相互作用比同种分子间的相互作用强。
(4)利用APGSAS、APG
AES两元表面活性剂混合体系的增效作用可配制环保型餐具洗涤剂,改进使用性能,扩大应用范围。
