高双键保留率油醇硫酸盐的性能研究

凌婷，李萍，毕玉婷，杨效益，李建波，郭朝华，姜兆礼

(中国日用化学工业研究院，山西 太原 030001)

脂肪醇硫酸盐是一种性能优良的阴离子表面活性剂，不同碳链长度的脂肪醇硫酸盐具有不同优异的应用性能[1-2]。碳链长度在C12～C14之间的脂肪醇硫酸盐对降低溶液表面张力的效果较好[3-4]。碳链长度为C14～C16的脂肪醇硫酸酯盐具有较好的去污力[5]，C16～C18的脂肪醇硫酸盐具有优良的洗涤性[6]。然而长碳链饱和烷基硫酸酯盐溶解性较低，Krafft点较高，从而限制其广泛的应用[7-8]，通过引入支链、不饱和键及相关的亲水基团可以有效降低Krafft点，能够较好地满足洗涤工业发展的要求。

本文通过对OSS、SOS-77、SOS-95三种表面活性剂性能进行对比研究，考察了双键的引入及高双键保留率对油醇硫酸盐性能的影响。

1 实验部分

1.1 原料与仪器

OSS、SOS-77、SOS-95均为中国日用化学工业研究院实验室自制；液体石蜡，分析纯；大豆油，食用级；标准帆布，由上海纺织工业技术研究所提供。

MBM-RI改进罗氏泡沫仪；RHLQⅢ立式去污机；WSD-Ⅲ白度仪；Y151纤维摩擦系数仪；UV-1601扫描电子显微镜。

1.2 实验方法

1.2.1 Krafft点测定 配制质量分数为1.0%的样品溶液，于-20 ℃ 冰箱中放置1 d后，使用循环恒温水浴，保持升温速率为1 ℃/min，观察溶液由浑浊变澄清时的温度即为Krafft 点。

1.2.2 乳化性测定 25 ℃下，配制40 mL 0.1%的样品溶液置于碘量瓶中，加入40 mL液体石蜡/大豆油，上下剧烈摇晃5次，静置1 min，重复5次。第5次摇晃结束时迅速倒入100 mL 具塞量筒，记录乳液析出10 mL水所用的时间，时间越长，则样品与液体石蜡/大豆油所形成的乳液稳定性越好。平行实验3次，取平均值。

1.2.3 润湿性能测定 根据国标GB/T 11983—2008对样品润湿力进行测定。25 ℃下，将棉布圆片用浸没夹夹住，浸入1 g/L样品溶液中，当棉布片完全浸入液面以下时立即启动秒表，当棉布片开始下沉时，停止计时，记录棉布圆片从浸没到开始沉降所需的时间，时间越短，则润湿性越好。平行实验10次，取平均值。

1.2.4 泡沫性能测定 根据国标GB/T 7462—1994对样品进行发泡性能的测定。配制2.5 g/L 的样品溶液 (稀释用水采用3 mmol/L Ca2+硬水)，50 ℃ 下，使用罗氏泡沫仪，通过记录0，30，60，180，300，600，1 200 s的泡沫高度来测定样品的发泡性及稳泡性。平行实验3次，取平均值。

1.2.5 去污性能测定 根据国标GB/T 13174—2021进行样品去污性能测定。30 ℃下，将碳黑(JB-01)、皮脂(JB-03)两种标准污布置于1 g/L样品溶液中，用立式去污机以120/min的转速洗涤 30 min，干燥，测量洗涤前后污布白度值的变化。平行测试3次，取平均值。通过对比样品溶液相对标准洗涤剂(B)的去污值(P)大小来评价去污力，P=Ri/R0，其中Ri为样品溶液洗涤前后的白度差，R0为标准洗涤剂洗涤前后的白度差。

1.2.6 柔顺性能测定 25 ℃ 下，将棉线浸泡于 1 g/L 样品溶液中，测量棉线浸泡前后的摩擦系数。平行测试15次，分别去掉2组极大值和极小值后取平均值。使用热场发射扫描电子显微镜观察棉线表面形态。

2 结果与讨论

2.1 Krafft 点

由表1可知，OSS、SOS-77、SOS-95 的Krafft点分别为(52±2)，(32±2)，(13±2)℃，可以看出双键的引入可以降低表面活性剂的Krafft点，且双键含量越高，油醇硫酸盐Krafft点越低，这是因为双键的存在可以提高表面活性剂的溶解度[9]，从而具有更低的Krafft 点，这有利于提高其应用的广泛性。

表1 OSS、SOS-77和SOS-95的Krafft 点Table 1 Krafft points of OSS，SOS-77 and SOS-95

2.2 乳化性

乳化作用是在一定的外力作用下使不混溶的两种液体形成具有一定稳定性的液液分散体系，该分散体系称为乳状液，是一种热力学不稳定体系[10]。由图1可知，OSS、SOS-77及SOS-95与大豆油乳化时间分别为1 178，1 084，1 036 s；与液体石蜡乳化时间分别为637，576，545 s，表明双键的引入导致乳液稳定性变差，且双键保留率越高，乳液稳定性越差。这是由于高双键保留率使SOS-95的碳链及分子量低于OSS及SOS-77，导致SOS-95分子与油相的相互作用减弱[11]，从而不利于乳液的稳定性。

图1 乳化性Fig.1 Emulsibility

2.3 润湿性

润湿性能是衡量洗涤剂性能的重要标准，其在纺织、造纸、农药等领域具有广泛的用途。由于纺织物的表面积较大，润湿达到平衡所需的时间较长。因此在考虑润湿性能时，润湿速度是一重要因素，润湿速度越快，润湿性能越好。通过对比标准帆布片在1 g/L OSS、SOS-77、SOS-95溶液中的润湿时间(图2)可知，SOS-95溶液对帆布片的润湿时间为216 s，相较于SOS-77及OSS具有较好的润湿性能，这是由于较高的双键含量降低了疏水链的长度，提高SOS-95表面活性剂分子在水溶液的扩散速率，从而提高润湿速率[12]。

图2 润湿性Fig.2 Wettability

2.4 泡沫性

在工业应用中，特别是石油化工行业，大量表面活性剂被用作发泡剂以增强石油的采收率[13]，同时泡沫在矿物浮选及灭火等领域均具有特殊的用途。对于表面活性剂体系泡沫性能的评价主要包括起泡性及稳泡性，起泡力指泡沫形成的难易程度及生成泡沫量的多少，泡沫的稳定性指生成泡沫的持久性。由图3a可知，OSS、SOS-77、SOS-95的起泡高度分别为153，172，288 mm，结合图3b中各表面活性剂泡沫高度随时间变化曲线的斜率表明：SOS-95具有较好的起泡性及良好的稳泡性。泡沫稳定性与液膜强度、排液快慢有关，而液膜强度取决于表面活性剂分子在气-液界面分子层内排列的紧密程度[13-14]，SOS-95吸附于气液界面时，不饱和烷基链更易于直立于界面上，有利于增强界面处的堆积密度，提高液膜强度，降低泡沫的滤水率[15]，从而使其具有较好的稳泡能力。

图3 起泡性(a)和稳泡性(b)Fig.3 Foamability(a) and foaming stability(b)

2.5 去污性

去污力是评价表面活性剂能否用于洗涤产品的基本指标之一。表面活性剂在洗涤过程中主要起到以下两方面作用：①降低液-液界面以及固-液界面之间的界面张力，改善水在固体表面的润湿性；②通过静电相互作用使污垢更容易从表面上洗下来，又基于表面活性剂的两亲性使从固体表面脱离的污垢分散在水中，达到去污的效果[10，16]。分别测试OSS、SOS-77及SOS-95对标准污布JB-01(图4a)和JB-03(图4b)的去污性能，其相对于标准洗涤剂的去污值见表2。

图4 去污性能比较Fig.4 Comparison of detergency performance a.JB-01；b.JB-03

表2 OSS、SOS-77和SOS-95的P值Table 2 The P value of OSS，SOS-77 and SOS-95

由图4和表2可知，SOS-95对JB-01及JB-03的P值均高于OSS及SOS-77，且SOS-95对JB-01的P>1，说明SOS-95的洗涤效果优于标准洗涤剂。

2.6 柔顺性

评价表面活性剂对织物柔顺性能的传统方法为触摸法，按照光滑、柔软、刺痒等标准邀请不同的人进行打分[17]。但是此方法带有一定的主观误差，本实验通过浸泡法将市售棉线浸泡于OSS、SOS-77、SOS-95表面活性剂样品溶液中，待完全干燥后通过测定浸泡前后棉线与金属的摩擦系数来判定表面活性剂溶液的柔顺性能，摩擦系数变化率越大则说明柔顺效果越好，利用场发射扫描电镜对棉线的微观形态进行了观察，经浸泡后棉线越光滑，说明柔顺效果越好[18]。通过对比发现，SOS-95样品溶液浸泡后的棉线摩擦系数变化率较大(图5a)，棉线表面相对光滑(图5d)，因此SOS-95表面活性剂具有较好的柔顺性。

图5 柔顺性测定Fig.5 Flexibility determination a.摩擦系数变化率；b.棉线浸泡前微观形态； c.棉线浸泡于SOS-77样品溶液后微观形貌； d.棉线浸泡于SOS-95样品溶液后微观形貌

3 结论

高双键保留率的SOS-95性能优异，与相同碳链长度的OSS及低双键保留率的SOS-77相比，不仅具有较低的Kraft点，较好的起泡性及稳泡性，同时也具有良好的润湿性、去污性、柔顺性等，有望应用于低温产品配方及低温洗涤领域。