应用 | 常用表面活性剂泡沫性能的研究

摘要

选取了10种常用表面活性剂，比较了其水溶液的表面张力，使用DFA100动态泡沫分析仪研究了其泡沫体积、泡 沫密度和泡沫稳定性等性质，并通过皮尔逊相关系数来阐明泡沫特性各个指标间的相关性。结果表明：甲基椰油酰基牛 磺酸钠具有最优的起泡性；椰油酰谷氨酸二钠和椰油酰氨基丙酸钠的泡沫最绵密；甲基椰油酰基牛磺酸钠和椰油酰谷氨 酸二钠的泡沫形态稳定性和泡沫密度稳定性最好，最差的为辛酰/癸酰氨丙基甜菜碱，而泡沫体积稳定性最好的是辛酰/ 癸酰氨丙基甜菜碱。皮尔逊相关系数分析结果表明：表面活性剂溶液的表面张力越低，产生的泡沫会越绵密；泡沫越丰富，泡沫含液量会越大；排液速率越大，泡沫数量的减少会越快。

实验部分

1.1表面活性剂溶液表面张力的测定

使用德国KRüSS K100C表面张力仪测定表面活性剂溶液的表面张力。

1.2泡沫的产生和测试

德国KRüSSDFA100泡沫分析仪

表 1    泡沫测试的主要参数及其定义

结论与讨论

2.1不同表面活性剂溶液的表面张力测定结果

表 2    表面活性剂种类

选取10种表面活性剂按照离子性分类，其中氨基酸表面活性剂为阴离性，如表2所示。将10种表面活性剂的去离子水溶液（pH=6.0）进行表面张力测定，结果如图1所示。

表面张力是表面活性剂最重要的性质之一，气泡表面的能量E=γ（表面张力）× a（产生的面积），产生泡沫的过程是液体的总面积和系统的总表面能都增加的过程，更低的表面张力产生相同泡沫面积所做的功将更少，因此，相同条件下更低表面张力的表面活性剂溶液会产生更多的泡沫面积，即泡沫更绵密。

2.2不同表面活性剂溶液的起泡性和稳定性分析

泡沫的起泡性通过最大泡沫体积来表征，泡沫的丰富性用最大泡沫体积和初始泡沫密度来表征，泡沫的稳定性可通过泡沫形态、泡沫密度保留率和泡沫体积保留率来表征。

甲基椰油酰基牛磺酸钠具有最优的起泡性，椰油酰两性基乙酸钠、月桂醇聚醚磺基琥珀酸酯二钠和月桂醇聚醚硫酸酯钠的起泡性较好，辛酰/癸酰氨丙基甜菜碱和PEG-80失水山梨醇月桂酸酯的起泡性较差。甲基椰油酰基牛磺酸钠、椰油酰两性基乙酸钠和月桂醇聚醚磺基琥珀酸酯二钠具有更好的泡沫丰富性，其最大泡沫体积和初始泡沫密度表现均较好；辛酰/癸酰氨丙基甜菜碱和PEG-80失水山梨醇月桂酸酯的泡沫丰富性较差。泡沫形态和泡沫密度保留率具有一定的相关性，这两个指标表征的泡沫稳定性最好的  为甲基椰油酰基牛磺酸钠和椰油酰谷氨酸二钠，较差的为辛酰/癸酰氨丙基甜菜碱和椰油酰胺丙基甜菜碱。 泡沫体积稳定性最好的是辛酰/癸酰氨丙基甜菜碱， 与泡沫形态和泡沫密度保留率表征的稳定性具有相反的结果，稳泡是一种非常复杂的过程，泡沫性能通常受表面张力、表面活性剂的结构和类型、溶液黏度、pH、静电荷、水硬度等诸多因素的影响，因此， 衡量泡沫的稳定性可根据实际应用和需求来选择。

2.3相关性分析

使用皮尔逊相关系数来阐明10种表面活性剂泡沫各指标间的相互关系，如图4所示。

皮尔逊相关系数分析表明，更低表面张力的表面活性剂溶液更容易产生绵密的泡沫；泡沫越丰富，泡沫含液量会越大；排液速率越大，泡沫数量的减少越快。

结论

本研究中，氨基酸表面活性剂的起泡性能要优于非离子表面活性剂和甜菜碱类的两性表面活性剂，阴离子表面活性剂的气泡形态较两性和非离子更小更均匀。甲基椰油酰基牛磺酸钠具有最优的起泡性，甲基椰油酰基牛磺酸钠和椰油酰两性基乙酸钠具有更好的泡沫丰富性。泡沫稳定性方面，甲基椰油酰基牛磺酸钠和椰油酰谷氨酸二钠的泡沫形态稳定性和泡沫密度稳定性更好，最差为辛酰/癸酰氨丙基甜菜碱，而泡沫体积稳定性最好的是辛酰/癸酰氨丙基甜菜碱。非离子PEG-80失水山梨醇月桂酸酯在泡沫体积、泡沫密度和泡沫稳定性等方面表现均很差。

周焱富，王旭光，王飞飞。常用表面活性剂泡沫性能的研究 [J]. 日用化学工业 (中英文), 2025, 55 (1): 26-33.