N-月桂酰基氨基酸钠的性能研究

洪玉倩 史立文 耿二欢 陶华东 毛雪彬 李伏益 雷小英 葛 赞

（ 赞宇科技集团股份有限公司， 浙江杭州，310030）

近年来，随着消费者对环境保护和生物安全性意识的提高，开发和使用环境友好的表面活性剂日益受到世界各国的重视[1]。氨基酸系列表面活性剂具有温和、低毒、良好的生物降解性、较好的配伍性及抗菌性等特点[2]，广泛应用于护肤品、沐浴露、洗面奶、洗涤剂和牙膏等日用化学品配方中，还可用于食品添加剂、金属加工和生物医药等行业中[3-5]。国外研究起步早，工业化生产相对成熟，如日本味之素、美国陶氏等均有一定的产量。国内的需求量也在日益增长，广州天赐、南京华狮、广州百孚润等亦有生产[6-8]。随着氨基酸表面活性剂报道的增多，下游产业群体需要对比它们的各项性能，筛选出符合产品需求的氨基酸表面活性剂。

本课题主要研究了N-月桂酰基丙氨酸钠（SLA）、N-月桂酰基肌氨酸钠（SLS）、N-月桂酰基谷氨酸钠（ULS）、N-月桂酰基甘氨酸钠（YLS）这4种氨基酸表面活性剂的表面张力、泡沫、润湿、乳化、去污、冻点等性能。

1 实验

1.1 主要试剂与仪器

SLA和SLS，30%，工业级，赞宇科技集团股份有限公司；ULS和YLS，30%，工业级，南京华狮化学品有限公司。

K100全自动表面张力仪，德国KRÜSS；DSA100光学接触角测量仪，德国KRÜSS；R-2000动态泡沫测试仪，德国SITA；THCD-15循环低温恒温水浴锅，宁波天恒仪器厂；RHLQ-II立式去污机，上海银泽仪器设备有限公司；YQ-Z-48B白度颜色测定仪，杭州轻通博科自动化技术有限公司。

1.2 实验方法

1.2.1 表面张力

采用去离子水将SLA、SLA、ULS、YLS分别配制成质量分数为0.5%的水溶液，在25℃下用K100全自动表面张力仪测定表面张力（a ）。表面张力越小，表示表面活性越高。

1.2.2 接触角

采用250mg/kg硬水将SLA、SLA、ULS、YLS分别配制成质量分数为0.1%的水溶液，并用DSA100光学接触角测量仪分别测定每个样品水溶液的接触角。接触角越小，表示越易铺展，润湿能力越好。

1.2.3 润湿性能

采用去离子水将SLA、SLA、ULS、YLS分别配制成质量分数为0.2%的水溶液，并按国标GB/T11983-2008帆布沉降法测定润湿力。润湿时间越短，表示润湿性能越好。

1.2.4 冻点

将试样置于恒温水浴锅中，初始温度25℃，每隔2小时降低1℃，直至析出。析出温度即为冻点。

1.2.5 泡沫性能

采用150 mg/kg的硬水将SLA、SLS、ULS、YLS 4种氨基酸表面活性剂分别配制成质量分数为0.02%的活性物水溶液，以备泡沫性能测试。动态泡沫仪参数：温度25℃；溶液进样量250mL；搅拌次数40次；搅拌时间10s/次；转速：1000r/min；稳泡时间15min。

1.2.6 去污性能

采用250 mg/kg的硬水将SLA、SLA、ULS、YLS分别配制成质量分数为0.02%的水溶液，采用国标 GB/T 13174-2003方法测定去污性能。测定温度（30±1）℃，时间20min。

1.2.7 乳化力

取40 mL质量分数为0.1%的水溶液至具塞量筒中，再加入40 mL的植物油或矿物油。用手捏紧塞子，上下猛烈振动5下，静置1min，重复5次后立即用秒表记录时间。此时水油两相逐渐分开，当水相分出10mL时，记录时间。作为乳化力的相对比较，时间越长表示乳化力越强[9]。

2 结果与讨论

2.1 表面张力

可以降低水溶液的表面张力是表面活性剂的重要性质。表面张力越低，铺展和润湿性能越强。当液体的表面张力小于需要被润湿物体的润湿临界表面张力（ac）时，就能在物体表面自行铺展，即润湿物体[10]。常见织物纤维的润湿临界张力都在30mN/m以上，如腈纶44mN/m、氨纶46mN/m、聚酯纤维43mN/m。用表面张力仪测定这4种表面活性剂的表面张力，结果如表1所示，SLA、SLS、YLS和ULS 4种氨基酸表面活性剂的表面张力都较小，具有较高的表面活性，分别为29.68、26.09、25.18和23.6mN/m，都低于常见织物纤维的润湿临界表面张力，可以比较容易达到完全润湿。

表1 表面张力

2.2 接触角

接触角反映的是润湿的程度，其角度越小，润湿程度越好。4种氨基酸表面活性剂的接触角分析结果如表2所示。ULS的接触角最小，润湿程度最好；YLS和ULS的接触角较小，易于铺展润湿，润湿程度较好。

表2 接触角

2.3 润湿性能

在25℃下，用帆布沉降法测定四种氨基酸表面活性剂的润湿性能，结果如表3所示。

表3 润湿性能

这4种氨基酸表面活性的润湿力都较强，其中ULS使帆布沉降所需的时间最短，润湿性能最好；SLS和YLS使帆布沉降时间接近，润湿水平相当；SLA的沉降时间最长，润湿力较前三者略低。结合2.1和2.2中的结果，发现这4种氨基酸表面活性剂在表面张力、润湿力和接触角这3项性能上保持一致的趋势，即表面张力越小，润湿力越强，接触角越小。

2.4 冻点

表面活性剂的冻点可以反映其在低温条件下的稳定性。实验结果见表4。从表4可知，4种氨基酸表面活性剂的冻点都较低，SLA、SLS和YLS的冻点分别为5℃、0℃和8℃，在长时间低温条件下具有一定的稳定性。其中ULS的冻点最低，可以达到零度以下，低温稳定性最好。

表4 冻点

2.5 泡沫性能

起泡力及泡沫稳定性是衡量表面活性剂泡沫性能的两个重要指标[11]，采用动态泡沫测试仪测定SLA、SLA、ULS、YLS这4种氨基酸表面活性剂的泡沫性能，其中发泡性能如图1所示，稳泡性能如图2所示，4种氨基酸表面活性剂的泡沫高度都较低，属于低泡表面活性剂。其中SLA发泡性能最好，最大泡沫高度可达到260mm；稳泡性能均较差，其中ULS在1min后泡沫高度就降低到0mm。

图1 发泡性能

图2 稳泡性能

氨基酸表面活性剂在单体泡沫性能上较差，但发泡与洗涤效果之间并没有直接的相对应关系[10]。正因为该特点，氨基酸表面活性剂适用于低泡型洗涤剂的，满足低泡、易漂洗、低残留等要求，也可以与其他表面活性剂复配改善洗涤剂的泡沫性能[3]。

2.6 去污性能

SLA、SLS、ULS、YLS 4种氨基酸表面活性剂的去污性能结果如表5所示。在对皮脂和碳黑污布的去污性能的表现中，4者的去污值都低于标准洗衣液，去污能力并不特别突出。其中SLS和ULS的水平接近，SLA和YLS也相差不大且较SLS和ULS的水平略高。

2.7 乳化力

表面活性剂使水和油两种互不相溶的液体变成乳状液的能力称为乳化力。乳化力是表面活性剂的一个重要性质，表面活性剂在分散相中合适的溶解度是决定乳液稳定性的重要因素。4种氨基酸表面活性剂的乳化性能实验结果见图3。4种氨基酸表面活性剂在大豆油中都表现出了良好的乳化性能，其中YLS的乳化力最强，明显优于其他三者；ULS次之，SLS最末；在液体石蜡中四者的乳化力也体现出了这一趋势。

图3 乳化性能

表5 去污性能

3 结论

3.1 SLA、SLS、ULS、YLS 4种氨基酸表面活性剂表面张力都较低，表面活性高，接触角小，润湿力强，对于一般常见的织物纤维可以比较容易达到完全润湿；

3.2 SLA、SLS、ULS、YLS 4种氨基酸表面活性剂都属于低泡表面活性剂，稳泡性差；适用于低泡型洗涤剂产品；

3.3 SLA、SLS、ULS、YLS 4者都具有较低的冻点，具有良好的低温稳定性能。其中ULS的冻点可以达到零度以下；

3.4 SLA、SLS、ULS、YLS 4者对皮脂和碳黑污布的去污能力都低于标准洗衣液。其中SLS和ULS的去污水平接近，且较SLA和YLS略差；

3.5 SLA、SLS、ULS、YLS都在大豆油中表现出了良好的乳化性能，YLS的乳化力最强，ULS次之，SLS最末；在液体石蜡中的乳化力也表现出了这一趋势。

综上所述，这4种氨基酸表面活性剂表面活性高、冻点较低、润湿力强、乳化性能好；但泡沫性能和去污能力不突出，适用于低泡型产品。因此，N-酰基氨基酸钠是一类表面性能优良的表面活性剂，而且对环境友好，温和不刺激，可广泛用于日化产品及其他领域中。