不同碳链α-烯基磺酸钠性能研究

2022-08-09余水兵许祖国李应锋郑攀东叶承忠陈伟鑫

中国洗涤用品工业 2022年7期

余水兵许祖国李应锋郑攀东叶承忠陈伟鑫

1. 中轻化工绍兴有限公司，浙江绍兴，312369；

2. 中轻化工股份有限公司，浙江杭州，311215

1 引言

α-烯基磺酸钠（AOS）是以α-烯烃为原料，经SO3磺化、中和、水解得到的一类阴离子表面活性剂，属于第三大类SO3磺化类表面活性剂[1]。AOS具有优良的发泡性和抗硬水能力，对皮肤温和、毒性低、易生物降解，在民用洗涤、混凝土添加剂、油田开采等方面均有广泛应用[2-5]。

目前市场上的AOS碳链通常为C14和C16混合物，而对于不同碳链AOS缺乏系统的研究。本研究通过测定不同碳链的AOS的Krafft点、平衡表面张力、润湿、泡沫和乳化性能，对它们进行了构效关系研究，以期为实际应用提供基础数据。

2 实验部分

2.1 试剂与仪器

C14AOS、C16AOS、C18AOS，自制（粉状），活性物含量分别为98.5%、98.1%、97.9%；液体石蜡、氯化钠和氢氧化钠，分析纯，天津市科密欧化学试剂有限公司；乙二醇，分析纯，国药集团化学试剂有限公司。

仪器：K12型表面张力仪，德国Krüss公司；低温恒温槽，江苏天翎仪器有限公司。

2.2 性能测试

2.2.1 Krafft点的测定

配制活性物浓度为10 g/L的AOS水溶液，转移至比色管中，在冰箱中冷冻（-18 ℃），然后取出放入低温恒温槽中以1 ℃/10 min速度升温，起始升温温度为-5 ℃，记录溶液由浑浊变澄清的温度。若待测液冰水混合物澄清，则记Kraあt点＜0 ℃。

2.2.2 平衡表面张力的测定

去离子水配制一定活性物浓度的AOS水溶液，室温静置24 h，用K12型表面张力仪测定表面张力，测试温度为25.0 ℃±0.1 ℃。

2.2.3 润湿性的测定

参照国标GB/T 11983－2008《表面活性剂润湿力的测定浸没法》进行测试。去离子水配制活性物浓度为1 g/L的AOS水溶液，25 ℃±1 ℃下测定。每个样品重复测试10次，取平均值作为润湿力。

2.2.4 泡沫性能的测定

去离子水配制活性物浓度为1 g/L的AOS水溶液，移取50 ml AOS水溶液于500 ml具塞量筒中，剧烈振荡50次，然后记录泡沫体积随时间的变化，25 ℃±1 ℃下测定。

2.2.5 乳化力的测定

去离子水配制活性物浓度为1 g/L的AOS水溶液，移取40 ml AOS水溶液于100 ml具塞量筒中，然后加入40 ml液体石蜡，上下剧烈振荡5次，静置1 min，重复5次，记录乳液析出10 ml水相所需时间，25 ℃±1 ℃下测定。重复上述操作测试3次，取算数平均值。

3 结果与讨论

3.1 Krafft点

Krafft点是离子型表面活性剂的特征值，反映出表面活性剂在实际应用中的温度下限，实际使用温度高于Krafft点，表面活性剂才能发挥更大的作用。不同碳链AOS的Krafft点如表1所示。可以看出，C18AOS的Krafft点高于C14AOS和C16AOS，这是由于C18AOS疏水碳链长，水溶性低于C14AOS和C16AOS。

表1 AOS水溶液的Kraあt点

3.2 平衡表面张力

临界胶束浓度（cmc）是表面活性剂溶液中开始大量形成胶束的浓度，可作为表面活性强弱的一种量度[6]。cmc越小，即形成胶束所需浓度越小，起到润湿、乳化等作用所需的浓度也越低。通常将cmc和临界胶束浓度时的表面张力γcmc作为表征表面活性剂活性的特征参数。

图1给出了不同碳链AOS水溶液表面张力随浓度的变化，以表面张力γ 对AOS浓度作图，得出cmc和γcmc，结果列于表2。

由表2看出：随着AOS疏水碳链的增长，cmc减小，这是由于碳链增长导致表面活性剂分子间疏水作用增强，有利于胶束的形成；γcmc无显著差异。

图1 AOS水溶液的表面张力

表2 AOS的表面活性参数

3.3 润湿性

润湿是指固体表面上的一种流体被另外一种与之不相溶的流体所替代的过程，该过程的实质是界面组成和界面能量的变化。表面活性剂在界面进行吸附，具有降低界面张力和界面自由能的能力，即具有促进润湿过程发生的作用。在纺织行业，润湿速度是评判表面活性剂溶液润湿性能的一个重要指标,润湿时间越短，说明润湿性越好。不同碳链的浓度为1 g/L的AOS水溶液的润湿时间如表3所示。

表3 AOS润湿时间

从表3中可以看出，随着AOS碳链长度的增加，润湿时间增长，这是由于表面活性剂分子链增长，分子扩散速度变慢，且在界面吸附时空间位阻增大，需要采取一定的构象才能在界面进行吸附。

3.4 泡沫性能

泡沫是一种气体分散于液体中的分散体系，在矿物浮选、驱油、灭火等领域均具有特殊的用途[7-9]。起泡能力和泡沫稳定性是泡沫在实际应用中的两个重要性质。起泡能力是指起泡的难易程度，常以生成的泡沫体积表示；泡沫稳定性是指泡沫的持久性，常以泡沫半衰期或泡沫体积随时间变化来表示，这里定义5 min与0.5 min时的泡沫体积之比V5min/V0.5min为泡沫稳定性。

图3给出了不同碳链的AOS的泡沫体积随时间的变化，从中可以看出，C18AOS泡沫体积明显低于C14AOS和C16AOS，这可能时由于C18AOS碳链长，在新形成的气/液界面吸附时空间位阻大，从而导致吸附速度慢，不利于泡沫的形成。

图3 AOS泡沫体积随时间的变化

表4 AOS泡沫稳定性

表4 给出了A O S 泡沫稳定性，从中可以看出，随着AOS碳链长度的增加，泡沫稳定性呈降低趋势，C18AOS泡沫稳定性明显低于C14AOS和C16AOS，这是由于C18AOS疏水碳链长，在气/液界面排列时疏松，形成的液膜强度弱，不利于泡沫的稳定。

3.5 乳化性能

乳状液为一种液体分散于另一种与之不相互溶的液体中形成的多相分散体系，属于热力学不稳定体系，可以通过乳液分层时间来表示。表5给出了不同碳链的AOS溶液与液体石蜡形成的乳液分水10 ml所需时间。可以看出，C14AOS和C16AOS无显著差异，而C18AOS乳液稳定性高于C14AOS和C16AOS，这是由于C18AOS碳链长，与液体石蜡间作用力强，有利于乳液的稳定。