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低泡表面活性剂性能及特点

为了提高洗涤效率,人们设法充分利用各类机械力。这类洗涤过程多数会伴随着激烈的搅动(如带压喷淋等)时,大量泡沫的存在不仅影响清洁效率/果,很多时候还会使清洗过程无法进行。一个最常见的例子是,当你用洗衣机(尤其是前装式)洗涤布草时,如果充斥着大量的泡沫,去污力会明显下降。原因是泡沫减弱了布草受到的水流的冲击力及纤维间的摩擦力等机械力(的作用)。如果是在工业清洗过程中,大量泡沫的存在除了影响去污力外,势必增加过水/漂洗的次数,还可能造成工作液的无谓流失(如以溢流等形式),增加成本。在带压喷淋作业时,泡沫还会引起泵的毁损。不难想象,在此类作业中人们往往会把低泡甚至于无泡作为洗涤剂的必要条件。

 

何谓低泡表面活性剂?

定义低泡表面活性剂是件困难的事。主要的原因是泡沫的产生和稳定受到多种因素的影响。这些因素主要有以下几个方面:1、表面活性剂的种类,2、温度、3、水硬度,4、体系中的共存成份---其他表面活性剂,5、酸碱性,等。换言之,脱离实际使用条件讨论表面活性剂的泡沫行为是无意义的。举例说明。脂肪酸盐(肥皂的主要活性成份)即有多重性:在软水中当属高泡类;而在硬水中,则经常被用作消泡剂。对于非离子表面活性剂的泡沫行为,温度的影响更是至关重要。多数被广泛采用的低泡表面活性剂均在此列。它们的共性是当温度低于某个范围(一般在其浊点以下),有明显量的泡沫,泡沫消失速度不快。但当温度超过某一值(一般在浊点之上)时,泡沫的数量明显减少,稳定性发生了“质”的改变,在高温下新生成的泡沫很快,甚至于在瞬间破灭。那些一边产生,一边瞬间破灭的情形,属于实际无泡。不难看出,选择低泡表面活性剂需要结合实际的使用条件。

需要说明的几点

1、低泡表面活性剂不等同于无泡剂,它们是可控制的低泡。

2、低泡表面活性剂不是消泡剂,不能与消泡剂相对比;

3、低泡表面活性剂具有多种功能,如去污、易构建配方和低的可控泡沫;

4、没有一种低泡表面活性剂能满足所有应用需求。需要根据实际的使用条件及要求做出选择。

 

泡沫的评价方法

评价表面活性剂的泡沫行为主要涉及到泡沫高度测定。有多种评价方法,Ross-Mile法、Blender(搅动agitating) 法、Graduated Cynlinder Shake法、Perforated Disk法、Dynamic法和Sparge(鼓泡)法,等等。

业内用的最多的是Ross-Miles法。考虑到在实际的应用过程中引发泡沫的机械力方式主要有两种,一种是搅拌,另一种是“冲击”----如带压喷淋的情形。而Ross-Miles法不适用于描述连续过程中的泡沫行为,在此介绍两种相应的评价方法。

1、Dynamic foam cell:原理上相当于动态Ross-Miles 法。该测试方法的基本原理是通入测试液中空气的速度及持续时间是可控的,测量产生的泡沫量(高度)。由

于对不规则的泡沫表面的处理采用了多点高度测试,再用相应的数学模型,通过计算机的处理,大大减少了目测时人为因素带来的误差----重现性差的问题。

2、Beating method (抽打泡法)(DIN  53902,Sheet 1)

该方法中用洗碗机来做试验装置,其中的旋转臂在溶液中转动时“打起”泡沫,转速越高,打起的泡沫高度也越大。在指定的温度等条件下,如果设定一个泡沫高度,打起的泡沫高度以此为限,那么旋转臂的转速(转/分钟)与表面活性剂的发泡性就能联系起来。旋转臂可以达到的转速越高,则对应的表面活性剂的发泡力越低,反之亦然。 如果在旋转臂转动的时候,再向试验溶液中添加蛋白质(模拟实际洗涤过程中污垢的情况),该实验还可以用来评价表面活性剂的消泡/抑泡性能。即旋转臂可以达到的转速越高,则对应的表面活性剂的消泡/抑泡能力越强,反之亦然。

 

低泡表面活性剂的性能特点

结构特点

常见的低泡表面活性剂主要是非离子类型的。如EO-PO-EO或PO-EO-PO型嵌段聚醚、多胺PO-EO嵌段共聚物、脂肪醇EO-PO嵌段共聚物、脂肪醇醚烷基封端产物等。不难看出,共同的的特点是在所谓的亲水基部分掺入了亲油基成份,或者直接用亲油基将原先的亲水基封堵,如脂肪醇醚烷基封端产物。

两性表面活性剂中有少量品种属于低泡表面活性剂,如Mackam JEM (caprylic imidazoline),Rewoteric AMV (caprylo ampho diacetate,辛酰氨基乙基-N-羟乙基氨基乙氧基二乙酸盐)及octyl dimethyl hydroxy sulfobetaine。此类物质的泡沫虽低,但基本不具有抑泡性。很显然,在这类低泡两性表面活性剂中,亲油基的碳链都很短,不超过八个碳。

性能特点

1、耐酸/碱性:在通常的条件下可以认为它们是耐酸/耐碱的,尤其是烷基封端的醇醚可以在高温、高碱/酸条件下长时间稳定(自身的结构不发生变化)。

2、凝固点:由于亲水端被亲油(如烷基)或相对亲油(丙氧基)的基团封闭,分子间的作用力减弱,导致产品的凝固点下降。这一性质为该类产品的的使用提供了方便,尤其是在低温季节。

3、凝胶的趋势:该类产品在水中形成凝胶的趋势大大减小,这对产品的配制很有利。

4、常规性质:这里指表面活性剂的润湿、乳化、分散、去污等性质。一般而言,低泡表面活性剂在这几方面的性能普遍较差。由于受分子结构的限制,表面活性剂两亲结构中亲水基和亲油基之间的极性差异明显降低——通常是亲水基团的亲水性降低。这种结构特征使得它们在很多应用中难以在“油相”和“水相”间恰当地平衡。举例来说,如果想要将烷烃类的物质,如煤油乳化在水中,一个熟知的例子就是分别用亲水的阴离子活性剂(通常有很高的HLB值)和亲油的非离子活性剂(HLB值与前者相比一般明显较低)组合。由它们分别将水和煤油偶合联接。而当受限于低泡表面活性剂的范畴时,基本没有这样的选择。或者说即使有离子型的低泡表面活性剂,如辛基咪唑啉,由于其中的亲油基太短,也无法在油和水之间形成有效的联接。对润湿和分散的影响是类似的。

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