烷基糖苷是一類性能優(yōu)良的非離子型表面活性劑，它是以葡萄糖和天然脂肪醇為原料，由半縮醛羥基與醇羥基，具有表面活性好、泡沫性能優(yōu)良、相容性好、無毒且可100％生物降解等優(yōu)點，已廣泛應用于紡織日化等領(lǐng)域。
本文選用不同烷鏈碳數(shù)（APG08(R=C8)，APG10(R=C10)，APG0810(R=C8-10)，APG1214(R=C12-14)），探究APG分子結(jié)構(gòu)及外界因素對其泡沫性能的影響。
泡沫性能測試
1.發(fā)泡高度FH
發(fā)泡高度FH表征泡沫的起泡性，本實驗取23s時的泡沫高度，單位mm。數(shù)值大，表示起泡性好。
2.排液50%的時間D50
排液50%的時間D50表征泡沫的穩(wěn)定性，本實驗取攪拌結(jié)束后，泡沫排液量占總液量50%時的時間，單位s。時間越長，表示泡沫穩(wěn)定性越好。
結(jié)果與討論
1.疏水鏈對APG泡沫性能的影響
設定溫度為25℃，選取不同質(zhì)量濃度的APG系列表面活性劑進行發(fā)泡，測得泡沫高度及泡沫排液50%的時間，如圖1、圖2所示。
通過比較圖1中4條曲線可知，隨著APG疏水性增加，起泡性先提高后降低，疏水鏈碳數(shù)為10時，起泡性最好。表面活性劑的起泡性與液體表面張力有關(guān)，表面張力越低，起泡性越好，但在臨界膠束濃度以上，APG系列表面活性劑的液體表面張力基本相同。起泡性還與表面活性劑的親疏平衡值(HLB值)有關(guān)系，疏水鏈短的APG08，HLB值大，泡沫性能較差，疏水鏈長的APG1214，HLB值小﹐泡沫性能也較差，而APG10的HLB相對適中，泡沫性能較好。
對比圖2中4條曲線可知，疏水鏈對APG的穩(wěn)泡性也有較大影響，疏水鏈較長，泡沫穩(wěn)定性較好。APG的疏水鏈較長時，會在氣泡的液膜表面形成緊密的吸附層，提高了泡沫的表面粘度，減緩了氣體透過液膜的擴散速率：同時，疏水鏈較長，APG發(fā)泡原液的液相粘度較大，可減緩泡沫中液體的排出速率，故有利于泡沫的穩(wěn)定性。但若碳鏈太長，形成的泡沫表面膜剛性會過強，反而不利于泡沫的穩(wěn)定性。
2.質(zhì)量濃度對APG泡沫性能的影響
通過觀察圖1每條曲線的變化趨勢可知，隨著APG質(zhì)量濃度的增加，泡沫高度隨之增加，起泡性逐漸提高；當?shù)揭欢ㄙ|(zhì)量濃度時，發(fā)泡高度變化較小，起泡性基本穩(wěn)定。液體表面張力會隨著表面活性劑的濃度增加而減小，表面張力越小，起泡所需的能量越低，越有利于起泡，但到一定濃度時，表面張力達到平衡，起泡性趨于穩(wěn)定。另一方面，泡沫體系是熱力學不穩(wěn)定體系，泡沫產(chǎn)生的同時也存在破裂，發(fā)泡劑質(zhì)量濃度增加，泡沫破裂的速率減小，起泡性會有所提升。
觀察圖2的每條曲線可知，APG系列表面活性劑質(zhì)量濃度增加，泡沫排液50%的時間也增加，泡沫穩(wěn)定性提高：但超過一定質(zhì)量濃度，泡沫穩(wěn)定性提高較小，甚至會有所下降。原因是APG的質(zhì)量濃度影響液體的表面張力和粘度，質(zhì)量濃度增加，液體表面張力減小，液體粘度增大：低表面張力可以使泡沫體系能量降低，泡沫是熱力學不穩(wěn)定體系，總是趨向于較低的能量狀態(tài)而保持相對的穩(wěn)定；發(fā)泡液粘度增大，泡沫內(nèi)的液體不易排出，液膜變薄減緩泡沫破裂速率也減慢。故泡沫穩(wěn)定性提高。但質(zhì)量濃度過大，泡沫液膜中表面活性劑分子數(shù)目過多，泡沫剛性增加，反而不利于泡沫的穩(wěn)定性。
3. 溫度對APG泡沫性能的影響
控制APG質(zhì)量濃度為4ｇ/Ｌ，在不同溫度下測泡沫高度及泡沫排液50％的時間，結(jié)果如圖３、圖４所示。
由圖3可知，隨著溫度升高，APG系列表面活性劑的起泡性都下降，但疏水鏈長不同，下降程度有所不同，APG0810、APG10下降程度較大，而APG1214下降程度較小。原因可能是，溫度升高會加劇溶液中表面活性劑分子的運動，這不利于分子的有序排列，使表面活性劑分子易于形成膠束，且溫度升高發(fā)泡過程中泡沫的破裂速率也會增大?？傊?，溫度增高，APG的起泡性下降。但疏水鏈較長，表面活性劑分子運動阻力相對較大，起泡性能下降程度相對較緩。
由圖4可知，溫度增高會降低APG系列表面活性劑形成泡沫排液50%的時間，即降低泡沫的穩(wěn)定性。溫度對泡沫液膜的性質(zhì)影響較大，溫度升高，表面活性劑在氣液界面上吸附量減小，泡沫表面粘度下降，表面彈性下降，Marangoni自修復效應減弱，泡沫的穩(wěn)定性降低。另外，高溫度會降低溶液的粘度，加快排液速率，也會降低泡沫的穩(wěn)定性。
4.無機鹽硫酸鈉對APG泡沫性能的影響
控制溫度為25℃、APG質(zhì)量濃度為4g/L，測得其在不同質(zhì)量濃度的硫酸鈉溶液中的泡沫高度及泡沫排液50%的時間，結(jié)果如圖5、圖6所示。
由圖5可知，無機鹽硫酸鈉的加入對APG起泡性的影響有所不同，隨著硫酸鈉質(zhì)量濃度的增加，APG1214的起泡性逐漸降低，而APG10及APG0810起泡性則逐漸提高。無機鹽本身會增大液體的表面張力，不利于發(fā)泡原液的起泡，但APG系列表面活性劑在溶液中會呈現(xiàn)出一定的負電性，無機鹽硫酸鈉的加入，引入了反離子Na+，在一定程度上會促進APG分子的有序排列，進而降低液體的表面張力，有利于APG的起泡。疏水鏈長度不同，可能會影響APG分子的負電性。負電性較弱，無機鹽增加液體表面張力的效果更明顯，不利于起泡，而負電性較強，反離子降低液體表面張力的作用效果更強，促進起泡。
由圖6可知，無機鹽質(zhì)量濃度對不同APG穩(wěn)泡性的影響并不相同。APG0810、APG10的穩(wěn)泡性明顯增加，而APG1214穩(wěn)泡性有所下降。原因可能是硫酸鈉中的Na+會降低泡沫液膜表面APG分子親水基間的靜電斥力，使其排列更加緊密，減緩了液體的排出速率，也減弱了氣體透過液膜而造成的泡沫兼并效應，故硫酸鈉的加入可提高泡沫的穩(wěn)泡性：但疏水鏈較長時，APG表面活性劑的負電性弱，反離子作用弱，而無機鹽增加液體表面張力的作用更強，無機鹽濃度越高，表面張力越大，泡沫體系能量越高，泡沫的穩(wěn)定性越低。
5.體系pH值對APG泡沫性能的影響
設定溫度為25℃、APG質(zhì)量濃度為4g/L，測得其在不同pH值條件下的泡沫高度及泡沫排液50%的時間，結(jié)果如圖7、圖8所示。
由圖7可知，pH值對APG系列表面活性劑的起泡性能影響相對較小。中性條件下，APG起泡性最好，酸性條件下，隨著酸性的增強，起泡性略有下降，而堿性條件下，隨著堿性的增強，起泡性有所提高。酸堿性可能會影響APG分子間或者與水分子之間的作用力，進而影響其起泡性能。
由圖8可知，APG在酸性條件下，酸性增強，穩(wěn)泡性下降，堿性條件下，堿性增強，穩(wěn)泡性提升，中性條件下穩(wěn)泡性相對較好，強堿條件下的穩(wěn)泡性接近于中性。APG10在強堿條件下，穩(wěn)泡性甚至優(yōu)于中性條件。酸堿性可能會破壞APG親水基團葡萄糖苷與水分子間形成的氫鍵，降低泡沫的表觀粘度，而不利于泡沫的穩(wěn)定性。但在強堿條件下，氫氧化鈉質(zhì)量濃度足夠高時，會提高發(fā)泡原液的粘度，減緩泡沫的排液速率而有利于泡沫穩(wěn)定性，Na+較多時，也會提高泡沫穩(wěn)定性。
6.硬水對APG泡沫性能的影響
設定溫度為25℃、APG質(zhì)量濃度為4g/L，分別選用硬度以碳酸鈣計為0.342g/L的硬水和去離子水進行發(fā)泡，測得其泡沫高度及泡沫排液50%的時間，如圖9、圖10所示。
由圖9、圖10可知，APG泡沫性能會受硬水影響，硬水會降低APG的起泡性和穩(wěn)泡性；因為APG表面活性劑在溶液中會有一定的負電性，受兩價金屬離子的不利影響比較大，鈣鎂離子使部分APG膠束發(fā)生聚集，形成更大的膠束團，故會降低APG的泡沫性能。
轉(zhuǎn)載自：化工好料到haoliaodao.com
來源：表面活性劑發(fā)展中心
林海球