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10種常用表面活性劑水溶液的表面張力測定、泡沫的產(chǎn)生和測試(一)
來源:日用化學(xué)工業(yè) 瀏覽 322 次 發(fā)布時(shí)間:2025-02-20
摘要:選取了10種常用表面活性劑,比較了其水溶液的表面張力,使用DFA100動態(tài)泡沫分析儀研究了其泡沫體積、泡沫密度和泡沫穩(wěn)定性等性質(zhì),并通過皮爾遜相關(guān)系數(shù)來闡明泡沫特性各個(gè)指標(biāo)間的相關(guān)性。結(jié)果表明:甲基椰油?;;撬徕c具有最優(yōu)的起泡性;椰油酰谷氨酸二鈉和椰油酰氨基丙酸鈉的泡沫最綿密;甲基椰油酰基?;撬徕c和椰油酰谷氨酸二鈉的泡沫形態(tài)穩(wěn)定性和泡沫密度穩(wěn)定性最好,最差的為辛酰/癸酰氨丙基甜菜堿,而泡沫體積穩(wěn)定性最好的是辛酰/癸酰氨丙基甜菜堿。皮爾遜相關(guān)系數(shù)分析結(jié)果表明:表面活性劑溶液的表面張力越低,產(chǎn)生的泡沫會越綿密;泡沫越豐富,泡沫含液量會越大;初始泡沫密度越大,泡沫體積的坍塌會越快;排液速率越大,泡沫數(shù)量的減少會越快。
表面活性劑可以降低液體表面張力,以促進(jìn)溶液中泡沫的生成,一般來說,表面張力低、表面黏彈性高的溶液被認(rèn)為是良好的發(fā)泡溶液。表面活性劑溶液產(chǎn)生的泡沫是一種非常重要的氣/液分散體系,廣泛應(yīng)用于日常生活和工業(yè)用途中,如化妝品、消防、石油回收和洗滌劑等。泡沫特性主要通過泡沫形成的難易程度(起泡性)和泡沫坍塌的難易程度(穩(wěn)定性)這兩個(gè)重要的指標(biāo)來表征。泡沫作為一種熱力學(xué)不穩(wěn)定系統(tǒng),其穩(wěn)定性通常以泡沫體積保留率、泡沫密度保留率以及排水速度等參數(shù)來表征。以往的研究表明,消泡過程主要是由于液體排水和氣泡聚并引起的,與泡沫的起泡性、體積等性質(zhì)沒有直接關(guān)系,其起泡性和泡沫穩(wěn)定性涉及許多物理因素,因此,評估泡沫的特性還需要更多的方法和論證。
表面活性劑對泡沫的穩(wěn)定起著非常重要的作用,這些表面活性分子吸附在氣液界面,降低了界面能,提高了泡沫的穩(wěn)定性。此前,人們對泡沫穩(wěn)定性機(jī)理進(jìn)行了大量的研究,但某些機(jī)理仍不清楚,如能較大程度降低表面張力的表面活性劑,一些具有良好的起泡性和泡沫穩(wěn)定性,另一些則不理想。為了更好地闡明表面活性劑與泡沫性能的關(guān)系,本研究使用K100C表面張力儀和DFA100動態(tài)泡沫分析儀研究10種常用表面活性劑溶液的表面張力和泡沫性能,為清潔類化妝品的配方設(shè)計(jì)和優(yōu)化提供更多的理論支持。
1實(shí)驗(yàn)部分
1.1主要材料、試劑與儀器
月桂醇聚醚磺基琥珀酸酯二鈉(w=40%)、椰油酰兩性基乙酸鈉(w=38.5%)、辛酰/癸酰氨丙基甜菜堿(w=43%),贏創(chuàng)特種化學(xué)(上海)有限公司;椰油酰谷氨酸二鈉(w=29%)、月桂醇聚醚硫酸酯鈉(w=70%)、椰油酰胺丙基甜菜堿(w=45%),巴斯夫(中國)有限公司;甲基椰油?;;撬徕c(w=30%),萊寶康日化(上海)有限公司;磺酸羥丙酯月桂基葡糖苷交聯(lián)聚合物鈉(w=32%),Colonial Chemical,Inc.;PEG-80失水山梨醇月桂酸酯(w=70%),禾大化學(xué)品(上海)有限公司;椰油酰氨基丙酸鈉(w=30%),上海中獅科技發(fā)展有限公司;無水檸檬酸(ACS級),上海源葉生物科技有限公司;氫氧化鈉(分析純),江蘇強(qiáng)盛功能化學(xué)股份有限公司。
ME3002E電子天平,梅特勒-托利多儀器有限公司;IKA C-MAG HS 10加熱型磁力攪拌器,愛卡(廣州)儀器設(shè)備有限公司;DFA100動態(tài)泡沫分析儀、表面張力儀,芬蘭Kibron公司。
1.2測試樣品配制
活性物含量為2.50 g/L的表面活性劑待測液的配制:根據(jù)表面活性劑原料中活性物的含量(w,%)進(jìn)行計(jì)算后,準(zhǔn)確稱取含活性物2.50 g的表面活性劑原料,加入蒸餾水,低速磁力攪拌至溶解,用檸檬酸或氫氧化鈉調(diào)節(jié)pH至6.0,補(bǔ)足剩余少量蒸餾水至1 000 mL。
1.3表面活性劑溶液表面張力的測定
使用K100C表面張力儀測定表面活性劑溶液的表面張力,取60 mL活性物含量為2.50 g/L的表面活性劑待測液加入專用樣品杯中,將鉑金板灼燒后掛至天平上,用控制板上的升降按鈕升高樣品臺,使液面接近固定好的鉑金板,之后點(diǎn)擊確認(rèn)按鈕,天平自動測量,測量完畢后記錄實(shí)驗(yàn)結(jié)果,每種樣品均重復(fù)測量3次。
1.4泡沫的產(chǎn)生和測試
通過DFA100動態(tài)泡沫分析儀產(chǎn)生泡沫并檢測其泡沫性能。裝樣容器由一個(gè)玻璃圓筒組成,圓筒底部的固定攪拌槳可設(shè)定攪拌條件。將50 mL的表面活性劑待測液加入上述玻璃圓筒中,設(shè)定好測試程序,攪拌速度4 000 r/min,攪拌時(shí)間120 s,泡沫產(chǎn)生后系統(tǒng)檢測運(yùn)行10 min。每次運(yùn)行后,用蒸餾水清洗玻璃圓筒和攪拌槳。所有泡沫實(shí)驗(yàn)均為3次重復(fù)。通過DFA100內(nèi)置軟件對泡沫體積、泡沫密度、泡沫穩(wěn)定性等進(jìn)行分析,主要測試參數(shù)及其定義如表1所示。
表1泡沫測試的主要參數(shù)及其定義
1.5數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析
所有實(shí)驗(yàn)均重復(fù)三次,結(jié)果以“平均值±標(biāo)準(zhǔn)差”表示。使用軟件IBM SPSS Statistics 27.0.1版進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,使用Graphpad Prism 9.5.0軟件對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行作圖,使用Origin 2022進(jìn)行相關(guān)性分析。