n-SAA提高脂肪酸钠盐洗净力的效果

n-SAA提高脂肪酸钠盐洗净力的效果

考察了非离子表面活性剂（n-SAA）提高脂肪酸钠洗净力的效果，添加n-SAA能提高月桂酸钠和肉豆蔻酸钠对人工棉污布的洗净力，与只添加碱性助剂相比，添加酰基氧化胺能显著提高脂肪酸钠的洗净力。

脂肪酸钠； n-SAA；洗净力；表面活性剂混合体系

以脂肪酸钠为主要成分的肥皂很早就被人们用于洗净目的，现在，脂肪酸钠大量应用于身体洗净剂和衣料用洗涤剂中。肥皂的生物降解性优良、价格低廉，是非常有用的洗净剂。但是，除了低温溶解性差外，肥皂还存在易与水中的钙镁离子形成难溶性皂垢的问题。为此，研究者开发出了配合肥皂改质剂（各种螯合剂和耐硬水的表面活性剂）的复合皂。

在肥皂的基本物性中，关于单一烷基链长脂肪酸钠的数据有很多，但关于单一烷基链长脂肪酸钠洗净力的评价则很少，由JIS规定的洗净力实验的指标皂粉：油酸、硬脂酸、棕榈酸的钠盐混合物得到的洗净力，是各种脂肪酸钠的的综合洗净力。

本研究采用单一烷基链长的脂肪酸钠，用人工污布评价了烷基链长改变对单独脂肪酸钠体系洗净力的影响，并讨论了在脂肪酸钠中添加30%的各种n-SAA，对提高脂肪酸钠洗净力的作用。

1 实验

1.1 实验材料

碳黑采用日本油化学会的洗净力实验指定的碳黑，黏土用日本粉体工业技术协会提供的试验用dust11种，其他试剂使用市售一级及特级的试剂。各种脂肪酸盐、氧化胺和月桂酰二乙醇酰胺以外的表面活性剂（SAA）由日本花王株式会社、川研精化株式会社、三菱化学食品株式会社、阪本药品工业株式会社提供。有长链烷基的各种氧化胺和月桂酰二乙醇酰胺按照山村伸吾等人报道的方法合成。

1.2 实验材料的简称

本研究使用的脂肪酸盐采用以下简称。

LNa：月桂酸钠，MNa：肉豆蔻酸钠，PNa：棕榈酸钠，SNa：硬脂酸钠，OINa：油酸钠。

本研究使用的表面活性剂采用以下简称：

LDEA：月桂酰二乙醇酰胺；LDG：月桂酸聚甘油（10）酯；MDG：肉豆蔻酸聚甘油（10）酯；OIDG：油酸聚甘油（10）酯；LPOE：聚氧乙烯月桂基醚；LSPOE：聚氧乙烯（20）山梨醇单月桂酸酯；OIPOE：聚氧乙烯基醚；OISPOE：聚氧乙烯（20）山梨醇单油酸酯，L3AO：月桂酰胺丙基二甲基氧化胺；L6AO：月桂酰胺己基二甲基氧化胺；M3AO ：肉豆蔻酰胺丙基二甲基氧化胺；OI3AO：油酰胺丙基二甲基氧化胺。

1.3 洗净力评价方法

1.3.1 人工污布的制作

人工污布A按照JIS C 9606电动洗衣机中使用的、由洗涤科学协会制作的湿式人工污布，人工污布B是干式人工污布，表1是各种人工污布的污垢组成情况。人工污布按照以下方法做成。实验布是JIS L 0803（平纹细棉布3号）的白布，尺寸10cm×40cm，肉豆蔻酸6.64g，油酸6.64g，三硬脂酸甘油酯6.64g，三油酸酯6.64g，硬脂酸胆甾醇酯0.88g，固体石蜡（mp48～50℃）4.40g，角鲨烯4.40g，胆甾醇3.52g，碳黑0.48g，粘土（日本关东垆坶）39.76g，溶解于4kg氯仿溶液中，在连续自动染污机中染制2次，在25℃放置3周后，切成10cm×10cm大小的人工污布，然后用同样的白布切出与污布同样数量的干净白布，测定污布的白度，作为洗净力判定的材料。

表1 人工污布A和B的污垢组成

1.3.2 洗净力试验

在500mL蒸馏水中加入0.50g实验用洗涤剂和0.20g碳酸钠完全溶解，然后添加500mL洗净力实验用硬水（CaCl2180mg，MgCl259.4mg/L，或者CaCl2354.0mg，MgCl2178.2mg/L），制成实验用溶液，分别加入5块人工污布和5块白布，在Terg-O-Tometer型洗净实验机上洗涤10min，洗涤温度25℃，然后用日本大阪市的1L自来水在同样的洗涤条件下漂洗2次，每次3min，待污布干燥后，用熨斗烫平进行白度测定。洗净率及布的白度按照下面的公式计算：

洗净率=（RW-RS）/（Ro-RS）×100%

Ro：原白布的白度；RS：污布的白度；RW：污布洗净后的白度。

布的白度用Lab系的亨特白度（W）表示：

W=100-{（100-L）2+（a2+b2）}1/2

L：明度

为了探讨不同表面活性剂的洗净力，本研究未使用螯合剂等洗涤助剂；由于不添加碱性助剂难以确定脂肪酸钠的洗净力，因而本研究采取添加碳酸钠的方式，进行脂肪酸钠洗净力的评价。

2 结果及考察

2.1 用人工污布A、B评价各种脂肪酸钠的洗净力

由于洗净力受污垢种类、纤维种类、温度和洗涤水硬度等因素的影响，本研究采用人工污布，洗净温度、洗涤剂组成以外的洗净条件，参照日本工业标准JIS K 3362规定的实验法。

为了考察脂肪酸钠中添加n-SAA的效果，本研究预先评价了单独脂肪酸钠体系的洗净力，同时考察了脂肪酸钠的亲油基对脂肪酸钠洗净率的影响，实验结果见图1。

图1 脂肪酸钠对污布A和污布B的洗净力（25℃）

在实验测定的链长脂肪酸钠范围内，人工污布B比人工污布A的洗净率高，但在只添加碳酸钠的场合，洗净率与空白样相差无几。作为亲油基的烷基链，链长增加，脂肪酸钠的洗净力增加，SNa在25℃的洗净温下溶解性很差，因而比同样链长的OlNa的洗净力低。从洗净力实验结果来看，烷基链长最短的LNa最低，OlNa的洗净力最高。

2.2 脂肪酸钠与各种n-SAA混合体系的洗净力

在用人工污布A评价脂肪酸钠和n-SAA混合体系的洗净力时，首先评价了在碳酸钠存在的条件下，各种n-SAA单独体系的洗净力，图2是实验结果，烷基是月桂酰基、肉豆蔻酰基、油酸基的聚甘油脂肪酸酯（LDG、MDG、OlDG）和LSPOE有比较低的洗净力，其他的n-SAA有比较高的洗净力。

图2 n-SAA对污布A的洗净力（25℃）

图3、图4、图5和图6是LNa、MNa、PNa、SNa与各种n-SAA混合体系的洗净力评价结果。因为LNa单独体系的洗净力仅有50%，因而添加n-SAA提高洗净力的效果明显，全部n-SAA与LNa混合体系的洗净力均高于LNa单独体系的洗净力（图3）。特别是在添加酰胺型氧化胺（L3AO、L6AO、M3AO）的场合，洗净力均达到了70%以上，比LNa单独体系的洗净率高30%以上。OlDG单独体系的洗净率不高（图2），因而LNa+OlDG混合体系的洗净力只比LNa单独体系的洗净率提高20%（图3）。LNa+LSPOE混合体系的洗净力与LNa单独体系的洗净率相当。

图3 添加n-SAA对LNa洗净力的影响（污布A，25℃）

图4 n-SAA对MNa洗净力的影响（污布A，25℃）

图5 n-SAA对PNa洗净力的影响（污布A，25℃）

图6 n-SAA对SNa洗净力的影响（污布A，25℃）

在MNa+n-SAA的场合，添加n-SAA同样获得了提高洗净率的效果（图4）。MNa比LNa单独体系的洗净率约高10%，因而MNa+n-SAA混合体系的洗净力高于LNa+n-SAA混合体系的洗净力。在MNa+酰胺型氧化胺（L3AO、L6AO、M3AO）的场合，比LNa+酰胺型氧化胺的场合的洗净力高20%～30%.LDG、MDG单独体系的洗净率几乎与MNa单独体系的洗净率相同（图2），但二者的混合体系洗净率提高了20%。

PNa与LNa和MNa不同，添加聚甘油脂肪酸酯（LDG、MDG、OlDG）没有提高洗净率的效果，反而是PNa单独体系的洗净率高（图5）。相反，酰胺型氧化胺（L3AO、L6AO、M3AO）和LPOE却可以使PNa的洗净率提高10%以上。

在SNa+n-SAA的场合，添加酰胺型氧化胺（L3AO、L6AO、M3AO）对提高洗净率有效果，添加其他n-SAA只能达到SNa单独体系洗净率同等或同等以下的水平（图6）。

其次，本研究对洗净率效果提高最明显的LNa，用人工污布B做了评价，图7是实验结果。该实验结果反映的是n-SAA的洗净力，单独体系显示高洗净力的n-SAA，在本实验中同样获得了高洗净力。人工污布B与人工污布A不同的实验结果，说明在本研究中选择的n-SAA的亲油基和亲水基构造，对LNa的洗净力没有影响。

图7 n-SAA和n-SAA＋LNa对污布B洗净力的影响（25℃）

2.3 硬水中脂肪酸钠与各种n-SAA混合体系的洗净力

脂肪酸钠会与高硬度水中的钙镁离子反应生成皂垢，降低脂肪酸钠的洗净力。因此，通常是把n-SAA混入脂肪酸钠，制成复合皂使用，现在鲜有关于添加n-SAA的复合皂在硬水中洗净力的报道。本研究采用3倍于JIS洗净力实验用水硬度的硬水（CaCl2177.0mg，MgCl289.1mg/L），用人工污布A考察了烷基链长改变对脂肪酸钠洗净率的影响。

本研究采用添加n-SAA效果明显的LNa、MNa和PNa，以及添加LDEA、LDG、L6AO的混合体系（图8）。添加LDEA、LDG混合体系的洗净率不到50%，在硬水中没有改善脂肪酸钠洗净力的效果。但是，添加L6AO能使所有脂肪酸钠在硬水中的洗净率提高到60%以上。

图8 n-SAA对硬水种LNa、MNa和PNa洗净力的影响（污布A，25℃）

2.4 市售衣料用洗涤剂的洗净力

图9是用市售衣料洗涤剂进行的洗净力实验结果。洗净力实验采用了人工污布A和人工污布B，洗涤剂浓度按照指定的标准浓度，洗涤温度25℃。洗净力实验使用的水是CaCl259.0mg，MgCl228.2mg/L，漂洗用水是日本大阪市的自来水。人工污布A和人工污布B的洗净评价结果表现出同样的倾向，粉末合成洗涤剂（试样2）、皂粉（试样5）的洗净率高，液体合成洗涤剂（试样3、试样4）的洗净率稍低。脂肪酸钠+n-SAA混合物的复合皂粉（试样6和试验7），用人工污布A和人工污布B的评价结果不同，与由人工污布B获得比较高的洗净率相比，用人工污布A获得的洗净率非常低。对于皂粉（试样5）和复合皂粉（试样6和试验7），在不含有酶的场合比较的是单纯表面活性剂的洗净力，含有蛋白质成分（明胶）的人工污布A的洗净力不仅与碱性助剂有关系，与n-SAA也有很大关系。如2.2所述，在混合体系中添加的n-SAA，对脂肪酸钠的洗净力有很大影响，而这种n-SAA是洗净力并不高的n-SAA。用人工污布A和人工污布B评价液体复合皂（试样8）显示出同样的洗净率。

图9 市售肥皂和市售洗涤剂对污布A和污布B的洗净力（25℃）

3 结论

本研究探讨了添加n-SAA对肥皂中各种链长脂肪酸钠洗净力的影响，确认能够提高LNa、MNa洗净力效果的n-SAA是酰胺型氧化胺（L3AO、L6AO、M3AO）。对于脂肪酸钠单独体系，烷基链长在C14以上的脂肪酸钠（PNa、SNa）的洗净力并不高，这是这种脂肪酸钠在低温的溶解性差造成的。通过添加酰胺型氧化胺可以使洗净力弱的LNa和MNa成为洗净力和低温溶解性优良的洗涤剂。在本研究中证实了酰胺型氧化胺可以成为提高肥皂洗净力和低温溶解性的有效手段。

（岳霄译自2015.No.9《Scienceand Industry》，作者是日本大阪市工业研究所的山村伸吾等人）