新型磷酸酯两性表面活性剂的性能与应用.docx

责任编辑：赵晓梅电传话8070真-mail: 新型磷酸酯两性表面活性剂 性能与应 用杜青（上海绿鸿贸易有限公司 200021）中图分类号 TQ423.3文献标识码 B 文章编号 1672-2248（2004）10-0052-081.概述通常把亲水基结构中同时含有阴、阳离子的 表面活性剂叫两性表面活性剂。它是近年来发展 速度最快的一类表面活性剂，它产量的年增长率 远远超过其它类型的表面活性剂。两性表面活性剂以其独特的多功能著称。除了有良好的表面活性、具有去污、乳化、分散、润 湿作用之外，同时具备杀菌、抗静电、柔软等特性， 并且具有与多种材料相容性好，易于生物降解的 优点，因此它的应用范围日趋扩大。磷酸酯两性表 面活性剂是近年开发的两性表面活性剂新品种， 它不仅保留了咪唑啉、甜菜碱、氨基酸等类型两性 表面活性剂固有的优点，而且具有许多独特的性 能。下面结合荷兰 Uniqema 公司生产的产品 Phosphoteric T-C6 介绍磷酸酯两性表面活性剂收稿日期：2004 年 6 月5 日杜青（1961-），男，上海市人。1982年毕业于上海应用技术学 院有机合成专业，工程师，现任上海绿鸿贸易有限公司销售经理。52洗净技术 Cl ean ing Te chn olo gy 摘要 磷酸酯两性表面活性剂是一种新型的两性表面活性剂，它具有多功能的特点。在清 洗剂的配方中它既可以发挥表面活性剂的作用又可以发挥水溶助长剂的作用。文章对商品牌号 为Phosphoteric T-C6的磷酸酯两性表面活性剂的性能做了全面介绍，它在做主表面活性剂时有 优异的去垢性能，在与其它表面活性剂混合使用时能提高去污效果，它还具有易冲洗的特点， 它有良好的相容性和化学稳定性，所以可用在含有过氧化物或过酸等强氧化剂、强酸或强碱的 清洗剂配方中，适合用于对多种基材的清洗。为介绍它优异的水溶助长性能，文章对水溶助长 剂及其机理进行了介绍。文章还列举了Phosphoteric T-C6各种应用的具体配方。关键词 磷酸酯两性表面活性剂 清洗剂水溶助长剂 相容性市场简介 对清洗行业的市场现状、前景等进行多角度、深层次的述评；对引领市场潮流的主流产品、技术进行剖析，为企业决策人 士提供参与市场竞争的参考依据。来稿要求 选材具有典型性、先进性、前瞻性。文章内容能够起到市场引导作用，与企业的发展方向和经济效益紧密相联。图1 清洗去污效果对比洗净技术市场第2卷第10 期 2004年10月Vol.2 No.10 Oct. 2004有关的性能与应用情况。在磷酸酯两性表面活性剂分子结构中的亲水 基部分同时含有含氮的阳离子基团和磷酸酯盐阴 离子基团，因此强化了阴、阳离子的特点，使它具 有更多的优良品质。Phosphoteric T-C6 的性能 主要表现出以下几个特点：作为主表面活性剂使 用时具有优良的去垢性能；与其它表面活性剂有 良好的协同性，因此在与其它种类表面活性剂混 合使用时可表现出良好的增效性使去垢能力大大 提高；它不仅有良好的洗涤去污能力，而且是一种 优良的水溶助长剂；与其它表面活性剂相比它具 有更优异的冲洗性能；它的化学稳定性极高所以 可在非常苛刻的配方条件下使用，如在含过氧化 物、过酸等强氧化剂配方中、在强酸性或强碱性配 方中使用；它具有良好的水溶性不仅易溶解在普 通的水质中，而且可溶解在含有各种电解质的水 溶液中；更为可贵的是它与各种基材都具有良好 的相容性，因此不必担心在使用时它会对被清洗 的基材表面造成不必要的损坏。纯品的 Phosphoteric T-C6 是一种白色膏状 的固体，由于它具有良好的水溶性，为了使用上的 方便，通常配成活性成分为35%的水溶液出售，此 种产品的 pH（10% 溶液）等于 7,色度（Gardner） 为 9,对水的相对密度为 1.09。的。测试时，将含有上述油污的不锈钢金属样品分别放到表 1、表 1 两配方的 3% 水溶液中，在 40 温度下轻轻搅拌处理30秒钟后测量污垢去除率的。 去污效果见图 1。2Phosphoteric T-C6的性能特点2.1优良的清洗去垢性能2.1.1作为主表面活性剂使用时具有良好的 清洗去垢性能通过下述实验结果可以看出它的这个特点。 当清洗剂配方中使用相同含量的螯合剂（乙二胺 四乙酸二钠盐）和碱性助剂（氢氧化钠、磷酸三钠、 偏硅酸钠）时（如表 1、表 2 所示），在两配方中分 别使用相同含量的 Phosphoteric T-C6 和去污力 很强脂肪醇聚氧乙烯醚型的非离子表面活性剂做 主表面活性剂，不同的是在使用非离子表面活性 剂做主表面活性剂的配方中还需加水溶助长剂（二甲苯磺酸钠）以提高其性能。 实验用的油污是由 15 克硬脂酸、15 克油酸、30 克花生油、25 克矿物油、8 克硬脂醇混合组成从图 1 可以看出两种配方对油污都有很好的去除效果，而使用 Phosphoteric T-C6 的清洗效 率更高达 100%。由于 Phosphoteric T- C6 具有 多功能的特点，既有优良去污性能又有良好水溶 增长性能所以可以减少配方的复杂性。2.1.2与其它表面活性剂混合使用时表现出53洗净技术 Cl ean ing Te chn olo gy 洗净技术第2卷第10 期 2004年10月Vol.2 No.10 Oct. 2004市场良好的增效性,可提高主表面活性剂的洗涤性能如 图2所示在金属的碱性水基清洗剂配方中使用相同 活性含量的聚氧乙烯型非离子表面活性剂和相同 数量的碱性助剂时，加入一定量的Phosphoteric T- C6 的与加入水溶助长剂二甲苯磺酸钠的相比 (如图3所示,)对金属的去垢能力大大提高。研究表明由于两性表面活性剂在强碱性溶液中很稳定， 而且具有高的碱溶性，两性表面活性剂对保证在 强碱条件下液态产品中各组分的配伍性有特殊作 用。如图2、图3所示，当把Phosphoteric T- C6与聚氧乙烯型非离子表面活性剂按不同比例混合 成 HLB 值分别为 10.8、13.6 和低泡型的碱性清洗 剂，并在 60温度下对含有矿物油污垢的金属钢 板进行去垢清洗时，结果表明加有Phosphoteric T- C6 的清洗剂比加入水溶助长剂二甲苯磺酸钠 的清洗去污效果好得多。(在两种碱性清洗剂配方中 都是含有 1% 浓度的表面活性剂、5% 浓度的由 2% 氢氧化钠、2% 偏硅酸钠、1% 碳酸钠组成的碱性助 洗剂。清洗时间为5 分钟并辅之以每分钟6转的轻 微搅拌。）2.2良好的水溶助长性能2.2.1什么是水溶助长剂？ 水溶助长剂是一类能够阻止表面活性剂在水中的液晶相形成的物质。在以表面活性剂为主要 成份的液体洗涤剂配方中常加有水溶助长剂，目 的是为增加表面活性剂等成份在水中的溶解度。 由于水溶助长剂能降低离子型表面活性剂的临界 溶解温度（Kp）所以在接近摄氏零度的低温下可 保持离子型表面活性剂溶液的流动状态，由于它 能够提高聚氧乙烯型非离子表面活性剂的浊点， 所以可使非离子表面活性剂的溶液在较高温度下 保持清澈透明不混浊。在液体洗涤剂特别是在浓 缩型液体洗涤剂中常加有水溶助长剂，目的是防 止溶液出现凝聚分层现象,同时也能改善洗涤剂的 洗涤去污能力。在液体洗涤剂的配方中当表面活 性剂的浓度低于10%时通常不需要加水溶助长剂， 而当表面活性剂的浓度高于 10% 时，往往需要加 入水溶助长剂。在重垢液体洗涤剂的配方中除了表面活性剂 外还要加入部分无机助剂，这些无机物的存在会 降低表面活性剂在水中的溶解度，使产品变得不 稳定易于分层。为了使配方中所有物料都保持溶 解状态，应加入水溶助长剂。通常使用的水溶助长剂有甲苯磺酸钠、二甲 苯磺酸钠、异丙基苯磺酸钠、甲基异丙基苯磺酸 钠、苯甲酸钠、水杨酸钠、苯磺酸钠，在配方中一 般含量在 5%-10%。有时也使用工业酒精、尿素、 吐温-60等作水溶助长剂。其中效果最好的是二甲 苯磺酸钠和异丙基苯磺酸钠。图2 Phosphoteric T- C6对非离子表面活性剂的增效作用图3加入水溶助长剂对清洗效果的影响54洗净技术 Cl ean ing Te chn olo gy 洗净技术市场第2卷第10 期 2004年10月Vol.2 No.10 Oct. 20042.2.2水溶助长剂的作用机理虽然在液体洗涤剂的配方中使用水溶助长剂 已有很长一段时间，但它的作用机理十分复杂，至 今尚未完全了解清楚。但较一致的观点认为与水 溶助长剂能破坏表面活性剂形成的液晶结构有关。 表面活性剂具有亲水、亲油两亲结构，决定了它在 不同浓度下在水中以不同状态存在，当把少量表 面活性剂加入水中时，由于它具有表面活性，所以 就会很快在相界面上形成亲水基指向水相内部亲 油基向外的定向排列结构，当表面活性剂在水中 的浓度超过其临界胶束浓度之后，在水中开始大 量形成胶束，由于许多表面活性剂分子以亲水基 向外把亲油基包裹在内部的方式聚集在一起形成 的胶束在水中是稳定的。所以得到的表面活性剂 胶束溶液是澄清透明的单相水溶液。随着水中表 面活性剂浓度不断增高，已形成胶束的表面活性 剂就会进一步形成规则排列的一维或二维空间有 序的液晶结构。研究表明离子型或非离子型表面 活性剂在水溶液中都可能形成液晶相，并具有六 角形、层状、逆六角型等多种结构。这种液晶结构 实际上是无序结构的液体向三维空间排列有序的 结晶固体转变过程中的过渡中间相。表面活性剂 形成液晶相后它不再是表面活性剂溶解分散在水 中形成的单相体系，从外观上看，它是不透明和黏 稠的，已经形成了从溶液中分离出来的悬浮分散 的新相，但并没有发生分层现象。水溶助长剂都具有亲水性好的特点，在水中 有很好的溶解性。有的水溶助长剂分子结构中含 有亲油基，但一般它们的碳氢链疏水基都太短，如 果把它们归为具有两亲结构特点的表面活性剂的 话，也是亲水亲油平衡值(HLB)很大亲水性很强的 表面活性剂。当把水溶助长剂加入表面活性剂溶 液时由于它与表面活性剂在结构上有一定相似性， 所以它就会影响表面活性剂的胶束结构，由于水 溶助长剂分子中的疏水基较短，能够插入表面活 性剂的胶束中并与表面活性剂的长链疏水基相互 作用，使表面活性剂形不成空间规则排列的液晶 结构。所以说水溶助长剂是利用它强亲水性以及 与表面活性剂疏水基结构上的差异而破坏表面活 性剂的液晶结构的。由于形不成液晶相，即使在高浓度下表面活性剂溶液也总保持均匀透明的单相状态。 研究还表明水溶助长剂能提高表面活性剂水溶液的洗涤去污能力，这是因为当表面活性剂形 成层状液晶结构对油污的增溶作用减弱，而加入 水溶助长剂后液晶结构不能形成，所以洗涤去污 能力得到加强。2.2.3 Phosphoteric T- C6 的水溶助长性 能两性表面活性剂 Phosphoteric T- C6 有很好的亲水性，它能与非离子表面活性剂形成混合 胶束而破坏非离子表面活性剂液晶相的形成， Phosphoteric T- C6亲水基的强亲水性提高了混 合胶束中表面活性剂分子间的亲水排斥作用，使 表面活性剂的液晶相转变成球状胶束结构。所以 它可以用于提高聚氧乙烯型非离子表面活性剂的 浊点，而 Phosphoteric T- C6 与皂类等阴离子 表面活性剂混合时能相互作用产生正协同效应， 使得到的混合体系的临界溶解温度(Kp)能达到两 种组分单独存在时不能达到的低值。所以能使离 子型表面活性剂溶液在接近摄氏零度的低温下仍 能保持良好的流动状态。见图 4。从图可以看出两性表面活性剂Phosphoteric T-C6比二甲苯磺酸钠对配有碱性洗涤助剂的聚氧 乙烯型非离子表面活性剂溶液有更好的水溶增长 性能。图 4 中实验使用的是 2% 浓度的聚氧乙烯型 非离子表面活性剂Synperonic 91/6,和8%浓度的 碱性洗涤助剂(它是由 30% 的硅酸钠、30% 的三聚 磷酸钠和 40%的碳酸钠组成的)。由图4可以看出， 为使表面活性剂溶液在一定温度下保持清澈透明 状态，所需加入的 Phosphoteric T- C6 与二甲 苯磺酸钠的数量是不同的，如在 50时只需加入0.5 克 Phosphoteric T- C6，而要达到同样效果 需要加入约 2.4 克二甲苯磺酸钠。由此可知 Phosphoteric T- C6比通常认为水溶助长性能最 好的二甲苯磺酸钠有更好的水溶助长性能。2.3优异的冲洗性能 表面活性剂在完成清洗作用之后是否容易被冲洗掉，是它很重要的一项性能指标。冲洗性能又 称漂洗性能，是指表面活性剂的水溶液在完成去55洗净技术 Cl ean ing Te chn olo gy 洗净技术市场第 2 卷第10 期2004 年 10 月Vol.2 No.10 Oct. 2004解性，或使用乙醇、异丙醇等有机溶剂进行浸泡 溶解处理。所以解决表 面活性剂吸着残留的问 题，特别是在精密工业 清洗中显得十分重要。 表面活性剂是否容 易冲洗，与表面活性剂 的性能有直接关系，实 验表明水溶性越好的表 面活性剂越容易被冲洗 掉，而 Phosphoteric T-C6 有很好的水溶 性，所以有良好的冲洗性能。 图是分别用非离图4 Phosphoteric T-C6与二甲苯磺酸钠(SXS)的水溶增长性能对比污清洗后能否很容易从被清洗表面除去的性能。由于表面活性剂具有两亲的特殊结构所以在用它 的水溶液除垢去污过程中，表面活性剂会取代污 垢而吸附到被清洗的物体表面上，这种现象称为 表面活性剂的吸着残留，为除去吸着残留在被清 洗的物体表面上表面活性剂，在清洗工艺完成以 后，要使用清水甚至纯水进行的漂洗工序。但用水 冲洗去除残留的表面活性剂实际上是有困难的， 往往需要使用大量的水多次冲洗，而且还可能会 有微量的表面活性剂在物体表面形成覆盖膜而残 留下来。在涂漆、电镀、真空镀膜等加工过程的精密清 洗过程中，要求去除吸附在工件表面上厚度只有0.1nm 的表面活性剂覆盖膜。为了解决这个技术 难题，除了需要使用大量的水多次冲洗外还要求 提高冲洗水的温度来加大表面活性剂在水中的溶子表面活性剂和 Phosphoteric T- C6 配成的清洗剂清洗和漂洗玻璃板后的显微照片，从照片可 以清楚看出用 Phosphoteric T- C6 配成的清洗 剂很容易被冲洗掉，它的吸着残留要少得多。所以 Phosphoteric T- C6是一种非常适合在精密工业 清洗领域中使用的清洗剂。具体的实验步骤为：分 别选用 0.03g、3% 浓度的 Phosphoteric T- C6 和一种非离子表面活性剂对玻璃进行清洗，然后 用 2ml纯水进行冲洗，在完全干燥之后，拍下显微 照片的。2.4 具有良好的化学稳定性 磷酸酯两性表面活性剂Phosphoteric T- C6具有良好的化学稳定性，不会被强氧化剂、强酸或强碱所分解，所以可使用在含有过氧化物或过酸 等强氧化剂的清洗剂配方中，也可以使用在强酸 性或强碱性的清洗剂配方中。而许多表面活性剂 是不能在这样苛刻的条件下使用的。在公共卫生领域和食品 卫生领域常常使用含有过氧化 氢、过酸或次氯酸盐等强氧化剂的消毒杀菌剂，在它的配方 中要求使用的表面活性剂及其它成分能在强氧化性的条件下保持稳定，并且不会对氧化剂图5 非离子表面活性剂与Phosphoteric T-C6的冲洗性能对比（显微照片）56洗净技术 Cl ean ing Te chn olo gy 洗净技术第2卷第10 期 2004年10月Vol.2 No.10 Oct. 2004市场造成破坏，所以 PhosphotericT- C6 很适合用并对其中的过氧化氢或过酸含量进行分析，并将得到的结果作图得到的。由于 Phosphoteric T- C6 与清洗剂配方中 的多种成分都有很好的相容性，它可以溶解在具 有很宽范围含量的电解质的清洗剂配方中。2.5 与多种材质都有很好的相容性 Phosphoteric T- C6不仅在金属基材上有优异的去垢能力和良好的冲洗能力，而且不会对金属表面造成伤害，这点对于清洗铝、锌、铜等有色 金属材料更为重要。表 3 的例子显示一个加有 Phosphoteric T- C6 的清洗剂配方，可极大地降 低金属铝表面的腐蚀和形成色斑。见表 3。从表3的结果可以看出：氢氧化钠之类的强碱 对金属铝有强烈的腐蚀作用，在加入偏硅酸钠后对腐蚀有一定的抑制作用，当加入PhosphotericT- C6 后腐蚀作用则可被大大抑制。 随着塑料工业的发展许多原来用金属制造的部件，都改用聚碳酸酯、聚乙烯等塑料代替，塑料 具有价格低、重量轻、不易腐蚀等优点，但这些材料用一般的清洗配方清洗时，有时会导致应力开 裂，将影响部件的使用寿命和耐久力。而使用含有Phosphoteric T- C6 的清洗剂配方清洗时，由于 磷酸酯两性表面活性剂 Phosphoteric T- C6 与 聚碳酸酯、聚乙烯等塑料有很好的相容性，所以不会造成这种不良后果。 2. 磷酸酯两性表面活性剂的应用从前面的介绍可以看出：磷酸酯两性表面活 性剂 Phosphoteric T- C6 是一种具有优异的去 垢性能、冲洗性能、水溶助长性能的高性能清洗助在它的配方中。图、图显示出 Phosphoteric图6 过氧化氢溶液的稳定性图7过酸溶液的稳定性T- C6 在过氧化氢和过酸中都有很好的稳定性和相容性，不会使它们分解。从图 6 可以看出在几种 Uniqema 产品中 Phosphoteric T- C6的稳定性是最好的，当把2.5% 浓度的溶液加入到 15% 浓度的过氧化氢溶液中保 持近二百天，它和过氧化氢的含量也几乎不发生 任何变化。从图 7 可以看出把 几种 2 . 5 % 浓度的 Uniqema 产品加在 “净”过酸的溶液中，相 比之下 PhosphotericT-C6 使过酸稳定的作 用也是较好的。实验图线是把配得的样品在室温下保存，并按不同的 时间间隔分别取出样品57洗净技术 Cl ean ing Te chn olo gy 洗净技术市场第 2 卷第10 期2004 年 10 月Vol.2 No.10 Oct. 2004或强酸性的金属清洗剂配方中使用。在某些情况下配方中加入 Phosphoteric T- C6 可取得更好 的清洗效果。如在用超声波配合中性水基清洗剂 清洗金属部件时，配方中加入 Phosphoteric T- C6 可提供更好的去垢力、对污垢的分散性并能改 善冲洗性能。这种配合超声波使用的清洗剂配方 见表四，这种配方对金属表面残留的抛光物有优 异的去除能力，特别是对金属铝。见表 4。配制时把上述配方组分加在一起，并搅拌均 匀即可。在国外已把 Phosphoteric T- C6 用在民用 家居清洗剂的配方中，特别是强酸性或强碱性的 浴室卫生间清洗剂中。并表明有很好的清洗效果。 表 5、表 6、表 7 是三个具体配方。配方中的 Mona AT-1200 是起到增稠作用和具有防腐蚀效果的组分。配制时先把盐酸加入水中， 然后再加入 Mona AT-1200 并 搅拌至成单一均相。最后加入 Phosphoteric T- C6搅拌直至 均匀。配制时按配方中的顺序先 后加入各种组分，在每种成分加入前要保留充分溶解时间。所得产品的 pH=11.4 浊点为95。所得产品可装成手动压 力喷射形式或气雾剂形式使用。 在气雾剂中配方组分占95%，异 丙烷占 5%。剂。是一种多功能的新型两性表面活性剂。可以在多种清洗配方中发挥其独特的表面活性剂或水溶 助长剂的作用。由于它的价格较高所以更适合在 对表面活性剂有特殊要求，而不把价格当作主要 考虑因素的情况下使用。如在航空、电子、汽车等 行业的高洁净度要求的精密工业清洗中。由于 Phosphoteric T- C6 具有高度的化学 稳定性和相容性，所以更适合在极端苛刻的条件下使用，如在含有过氧化物、过酸等强氧化剂的公共卫生或食品卫生杀菌清洁剂中使用和在强碱性参考文献1兰云军 邹祥龙 谷雪贤 磷酸酯两性表面 活性剂的合成及应用中国皮革 第 32 卷第 5 期2003 年 8 月2方云 夏咏梅 两性表面活性剂（知识讲 座）（四） 日用化学工业2000年 12月3方云 夏咏梅 两性表面活性剂（知识讲 座）（七） 日用化学工业2001 年 6月4章永年 梁治齐 液体洗涤剂 （第二版）北京 中国轻工业出版社 2000 年 9 月58洗净技术 Cl ean ing Te chn olo gy 洗净技术市场第2卷第10 期 2004年10月Vol.2 No.10 Oct. 2004Performance and Application of A NewAmphoteric Phosphated SurfactantDu Qing (Shanghai Green Chemical Co,. Ltd. 200021)Abstract: Amphoteric phosphated surfactant is a kind of new surfactant with multi-functional features. In formulation of cleaning agent, it can not only play a role of surfactant function, but also a function of hydrotroping agent. This paper has given a full introduction about the performances of an ampho- teric phosphated surfactant with a commercial name of Phosphoteric T-C6, which has a performance of excellent detergency as a primary surfactant and can raise the detergency enhancement with out- standing rinse ability when mixed with other surfactants. With go od co mpatibility and chemical stability, it can be used in formu