α-烯基磺酸钠在酸性体系中的增稠性能研究

2024-02-20文青松

中国洗涤用品工业 2024年1期

文青松

成都嘉鹏科技有限公司，四川成都，610000

α-烯基磺酸钠是一种典型的阴离子表面活性剂，有较好的乳化力、去污力、发泡力和钙皂分散力，极易溶于水，耐酸、耐碱，对硬水不敏感，对皮肤刺激性小，与酶有较好的相容性和良好的生物降解性[1]，目前已成为广泛使用的表面活性剂之一，受到洗涤行业的青睐。

市售的酸性清洁剂一般选择盐酸、磷酸等无机酸复配酸性增稠剂或选择氨基磺酸、柠檬酸、草酸等有机酸复配高分子聚合物或黄原胶等多糖类增稠剂来获得良好的黏稠外观和挂壁效果[2]，直接用α-烯基磺酸钠来增稠的鲜有报道。

本文以α-烯基磺酸钠作为研究对象，研究其在常见的几种无机酸和有机酸中的增稠性能，以期为实际应用提供一定的数据参考。

1 实验部分

1.1 仪器与原料

NDJ-1型旋转黏度计，上海维菱科学仪器有限公司；电子称，中山市汇宝电子衡器有限公司；HH-6型数显恒温水浴锅，金坛区西城新瑞仪器厂；冰箱，伊莱克斯（中国）电器有限公司。

α-烯基磺酸钠（AOS，含量92%），中轻化工股份有限公司；盐酸（分析纯），成都市科隆化学品有限公司；硫酸（分析纯），成都市科隆化学品有限公司；磷酸（含量85%），淮安龙升化工有限公司；氨基磺酸（含量99.5%），苏州隽良化工有限公司；一水柠檬酸（食品级），山东英轩实业股份有限公司；羟基乙酸（含量70%），广州市忠高化工有限公司；未加碘食用盐（含量99.9%），四川久大蓬莱盐化有限公司；无水硫酸钠（含量99%），四川同庆南风有限责任公司。

1.2 实验方法

1.2.1 样品准备

先将一定量的AOS溶于去离子水中，然后加入酸剂并搅拌溶解成透明液体，用消泡剂消去泡沫，直接制成500 g待测样品或添加无机盐并完全溶解后制成500 g待测样品；将制好的待测样品放于冰箱或水浴锅中调节温度至25 ℃，最后放置于25 ℃的空调间待测。

实验中，若无特别说明，AOS及酸剂的添加量均按表1中的质量百分数执行。

表1 样品的质量组分配比

1.2.2 样品黏度的测定

在25 ℃的条件下，用旋转黏度计测定。

2 结果与讨论

2.1 AOS在不同酸性溶液中的增稠性能

由表2可知，样品中只有A1与A2为黏稠液体，其他10个样品均为稀液。实验结果显示，在相同条件下，AOS在盐酸和硫酸溶液中有自增稠作用，在磷酸、氨基磺酸、草酸、柠檬酸、羟基乙酸及其他几种酸复配溶液中均无增稠作用。表明AOS在盐酸和硫酸溶液中比在其他酸性溶液中更容易形成聚集数更大或体积更大的胶束，从而使溶液表现出黏稠的外观。

表2 AOS在不同酸性溶液中的增稠情况

2.2 盐酸添加量对盐酸体系黏度的影响

在表面活性剂溶液中，表面活性剂浓度不大和体系中离子强度不太高时，表面活性剂以单个分子或球状胶束在溶液中存在，此时溶液黏度较低，接近水的黏度。但溶液中表面活性剂的浓度或离子强度增加到一定值时，可能形成线形柔性棒状胶束，溶液黏度会急剧增加[3]。在本实验中盐酸溶液的离子强度较大，能促进AOS在溶液中由球状胶束向棒状胶束转化，使运动阻力增大，表现出自增稠现象[4]。由图1可知，固定AOS质量浓度为10%时，随着盐酸质量浓度的增加，体系的黏度不断增大；当盐酸添加量为15%时，黏度达到峰值。之后继续加入盐酸，黏度开始下降，当盐酸加量到25%时，AOS会从盐酸溶液中析出分层，此时溶液黏度极速下降到300 mPa·s以下。实验表明，AOS对盐酸有一定的耐受能力，当盐酸用量到达20%以后失去耐受能力。

图1 不同盐酸添加量时体系黏度的变化情况

2.3 AOS添加量对盐酸体系黏度的影响

AOS作为溶液中胶束生成的核心物质，其添加量对体系黏度的影响较大。固定盐酸质量浓度为15%时，随着AOS的用量不断增加，黏度呈直线式上升，在本实验范围内，AOS添加量与体系黏度为近似正比关系（图2）。

图2 不同AOS添加量时体系黏度的变化情况

2.4 氯化钠在单一酸性体系中的增稠性能

在相同工艺条件下，考察了添加氯化钠时，AOS在5种不同酸剂中的增稠情况（图3）。其中磷酸体系的增稠效果最好，最高黏度高达18 000 mPa·s；其次是氨基磺酸与硫酸体系，最高黏度也在6 000 mPa·s以上；最差的为草酸、柠檬酸和羟基乙酸体系，最高黏度均在4 500 mPa·s以下。

图3 不同氯化钠添加量时，单一酸性体系的黏度变化情况

2.5 硫酸钠在单一酸性体系中的增稠性能

从图4可知，在盐酸、磷酸、氨基磺酸和草酸的体系中，添加硫酸钠时能明显促进体系增稠。尽管AOS在盐酸的体系中能自增稠，但是添加硫酸钠时，仍能提高溶液的黏度。图4中的柠檬酸与羟基乙酸体系的两条黏度变化曲线几乎重合且更靠近横坐标轴，表明硫酸钠对柠檬酸与羟基乙酸体系增稠较为困难，最大黏度不到500 mPa·s。由于盐酸体系中含有大量氯离子，在添加一定量的硫酸钠后，与图3中的情况类似，溶液黏度先上升后下降。其他几种酸性体系的黏度随硫酸钠的添加量增加而不断增加，在实验范围内未出现最高点，其中氨基磺酸与磷酸体系的黏度达到了35 000 mPa·s以上的超高黏度。对比图3与图4中的黏度变化曲线可知，氯化钠在AOS的强酸体系中增稠用量相对较少，但更容易出现黏度峰值且易发生盐析效应，硫酸钠对AOS的强酸体系黏度提高更加明显且添加量也更大，不易出现最大黏度峰值。

图4 不同硫酸钠添加量时，单一酸性体系的黏度变化情况

2.6 氯化钠在复配酸性体系中的增稠性能

在AOS浓度不变的条件下，考察了柠檬酸、羟基乙酸与磷酸和氨基磺酸复配体系的黏度受氯化钠添加量的影响情况。由图5可以看出，随着氯化钠用量增加，5个体系的黏度均先升高，到达最高点后开始下降，最后突然消失。实验表明，5个复配酸性体系与单一酸性体系有一样的变化规律，均受到氯化的盐析作用影响，使AOS析出分层的同时黏度下降到底点。其中磷酸+羟基乙酸、氨基磺酸+羟基乙酸体系的增稠能力最强；氨基磺酸+柠檬酸、磷酸+柠檬酸体系的增稠能力次之；羟基乙酸+柠檬酸体系的增稠能力最差。

图5 不同氯化钠添加量时，复配酸性体系的黏度变化情况

2.7 硫酸钠在复配强酸体性系中的增稠性能

在AOS浓度不变的条件下，考察了柠檬酸、羟基乙酸与磷酸和氨基磺酸复配体系的黏度受硫酸钠添加量的影响情况。由图6可知，5个复配酸性体系与单一酸性体系有相同的变化规律，随着硫酸钠添加量增加，体系的黏度不断增大，在实验范围内没有黏度峰值出现。对比图5可以看出，硫酸钠对复配酸性体系的增稠性能的影响规律与氯化钠相似，具体表现为：磷酸+羟基乙酸、氨基磺酸+羟基乙酸体系的增稠能力最强，氨基磺酸+柠檬酸、磷酸+柠檬酸体系的增稠能力次之，羟基乙酸+柠檬酸体系的增稠能力最差。