新一代綠色表面活性劑—烷基糖苷

發(fā)布日期：2011-07-18 瀏覽次數(shù)：782

核心提示：新一代綠色表面活性劑—烷基糖苷

0 引言

烷基多聚糖苷(Alkyl Polyglycoside,簡(jiǎn)稱APG)是90年代以來(lái)國(guó)際上致力開(kāi)發(fā)的新型非離子表面活性劑。

APG是以再生資源淀粉的衍生物葡萄糖和天然脂肪醇為原料,由半縮醛羥基與醇羥基,在酸等催化下脫去一分子水生成的產(chǎn)物,生物降解迅速?gòu)氐?/SPAN>,無(wú)毒無(wú)刺激可稱之為“綠色”表面活性劑,可廣泛用做洗滌､乳化､增溶､保濕等功能制品,它不僅表面張力低,泡沫豐富細(xì)膩而穩(wěn)定,去污優(yōu)良,而且配伍性能極佳。在電解質(zhì)濃度很高的條件下其溶解度仍很高,無(wú)逆相濁點(diǎn)和膠凝現(xiàn)象。是真正能稱得上“世界級(jí)”表面活性劑的唯一品種。從生態(tài)學(xué)和能源角度考慮,它將是下一代新型表面活性劑最有希望的品種之一。

在結(jié)構(gòu)上,APG是非離子表面活性劑的一種。親水基由一個(gè)或多個(gè)糖苷分子組成,疏水基為直鏈或支鏈的烷烴,兩部分由糖苷作連結(jié)基。因糖苷具有兩種不同的連結(jié)構(gòu)型α(淀粉糖苷鍵)和β(纖維素糖苷鍵),因此導(dǎo)致APG的兩種不同構(gòu)型,α-APG和β-APG。

APG是一多羥基化合物,常見(jiàn)的分析方法有薄層色譜法(TLC)､高壓液體色譜法(HPLC)和氣相色譜法(GC)。

我國(guó)擁有相當(dāng)豐富的淀粉資源和糖資源,近年來(lái)又有多個(gè)大型脂肪醇生產(chǎn)裝置相繼建成投產(chǎn),生產(chǎn)烷基糖苷的主要原料充足。根據(jù)我國(guó)目前的消費(fèi)水平,選擇具有技術(shù)､原料和生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)的廠家生產(chǎn),盡快建立我國(guó)烷基糖苷工業(yè)化大生產(chǎn)裝置。有關(guān)APG的合成技術(shù)正在朝著高效､低成本的方向發(fā)展,我國(guó)對(duì)APG的研究起步較晚,無(wú)論在產(chǎn)品種類上還是研究水平上與國(guó)外先進(jìn)水平相比仍有差距,而合成APG所需要的糖類物質(zhì)可以從農(nóng)副產(chǎn)品中得到,也可以從石油加工副產(chǎn)品中分離出來(lái),國(guó)內(nèi)這方面具有十分豐富的資源,加強(qiáng)開(kāi)發(fā)生產(chǎn)APG新產(chǎn)品,將對(duì)我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)起積極作用。

1 烷基糖苷的性能

1.1 物理性狀

APG的物理性質(zhì)與合成時(shí)所用烷基的大小､糖的種類以及聚合度密切相關(guān)。APG是吸潮固體,一般溶解于水,較難溶于一些常見(jiàn)的有機(jī)溶劑。產(chǎn)品多制成50%～70%的水溶液,純n-APG為白色粉末,實(shí)際產(chǎn)品為奶油色,淡黃色至琥珀色,其一般性狀見(jiàn)表1。

1.2 溶解性能

APG在酸液中有優(yōu)良的溶解性､穩(wěn)定性和表面活性。在堿液中的溶解性能及表面活性要比其他非離子表面活性劑優(yōu)良得多。使用過(guò)程中,其他表面活性劑對(duì)無(wú)機(jī)電解質(zhì)較為敏感,APG則可配制成穩(wěn)定的､濃度高達(dá)20%～30%的常用無(wú)機(jī)鹽的活性溶液。

表面活性劑與生物膜的相互作用使其誘導(dǎo)的溶血?dú)v程不同于滲透溶血?dú)v程,表面活性劑的溶血活性取決于疏水基和親水基的性質(zhì)。實(shí)驗(yàn)表明由脂肪和糖縮合而成的糖苷物比聚氧乙烯類非離子表面活性劑對(duì)生物膜有更高的吸附和滲透能力。這種相互作用導(dǎo)致生物膜增溶和滲透性改變,并誘導(dǎo)血紅蛋白釋出。烷基糖苷誘導(dǎo)的溶血過(guò)程極快,幾乎沒(méi)有明顯誘導(dǎo)期。在十六烷基糖苷膠團(tuán)從球狀向棒狀轉(zhuǎn)變濃度區(qū)還出現(xiàn)了第二溶血過(guò)程。無(wú)毒而高溶血活性的烷基糖苷可以用于制藥和化妝品工業(yè)改變藥物動(dòng)力學(xué)過(guò)程和提高有效物的經(jīng)皮吸收。

1.3 HLB值

C₈_～18-APG的HLB值見(jiàn)表1,由此可看出,烷基碳數(shù)在8～10的范圍有增溶作用;在10～12的范圍適于作洗滌劑;若碳鏈更長(zhǎng),則具W O型乳化作用乃至潤(rùn)濕作用。

1.4 吸濕性與粘度

糖苷為吸濕性的固體,宜以水溶液形式貯存,由于糖苷具有優(yōu)良的水溶性,使得它可配制成50%～70%的水溶液,即便是這樣高濃度的液體,其流動(dòng)性仍然很好。加入少量乙醇可大大增加溶解,降低粘度,并且溫度對(duì)粘度的影響也是比較明顯的。

1.5 泡沫

APG的泡沫細(xì)膩而穩(wěn)定,泡沫力屬中上水平,優(yōu)于乙氧基化脂肪胺,接近陰離子表面活性劑。APG與其他表面活性劑復(fù)配時(shí),提高和改善其他表面活性劑的發(fā)泡力及泡沫穩(wěn)定性。令人驚奇的是APG雖屬非離子表面活性劑。但其發(fā)泡力在硬水中明顯降低。短鏈C₈～C₁₀APG對(duì)水硬度敏感低于長(zhǎng)鏈C₁₂～C₁₄APG敏感。APG在硬水中泡沫力的降低基于APG的聚析現(xiàn)象,隨著水硬度增加其離子強(qiáng)度增大,則部分APG在溶液中形成乳濁液滴,使得水表面上的APG分子變少,降低了APG的發(fā)泡力。

APG沒(méi)有逆相濁點(diǎn),因此,含有APG的配方具有優(yōu)良的高溫度性,由于糖苷單元中含有多烴基,具有強(qiáng)烈的水合作用。導(dǎo)致了APG與LAS混合物在泡沫穩(wěn)定性方面的協(xié)同作用和AES與LAS(直鏈烷基苯磺酸鹽)體系相似,但在硬水中,前者比后者的效果更好。

1.6 去污能力

Francis A.Hughes等人在八十年代初測(cè)定了部分APG的去污力,結(jié)果表明:其對(duì)純水溶液重垢的去污力與TX-10,LAS相當(dāng),而且APG分子中的烷基鏈長(zhǎng)和糖苷單元數(shù)目對(duì)去污力無(wú)明顯影響。在硬水中APG去污力都有所降低。隨烷鏈長(zhǎng)增加去污力增大,當(dāng)烷基碳數(shù)為11時(shí)去污力最大,碳數(shù)繼續(xù)增大,其去污力迅速下降,這緣于C≥12烷基單苷在硬水中溶解度很小之故,也即具有優(yōu)良的去污力。同時(shí),根據(jù)苷類化合物的結(jié)構(gòu)特點(diǎn),實(shí)驗(yàn)已證明其具有良好的配伍性能,它們不僅具有優(yōu)良的水溶性,而且在高濃度無(wú)機(jī)助劑存在下溶解性仍佳,可配制成穩(wěn)定的含20%～30%常用無(wú)機(jī)鹽的糖苷溶液。此外,糖苷類化合物的溶解性和溶劑性質(zhì)使之可配制不需漂洗,所需溶劑量較當(dāng)前同類產(chǎn)品更少的硬表面清洗劑,且洗后不留殘跡,所以糖苷非常適于配制餐具洗滌劑和其他清潔劑。

2 APG的應(yīng)用

烷基多糖苷本身結(jié)合了傳統(tǒng)的非離子表面活性劑和陰離子表面活性劑的功能特征,因此具有廣泛的應(yīng)用。

2.1 在化妝品及洗滌劑中的應(yīng)用

傳統(tǒng)的廚房洗滌劑是以LAS(直鏈烷基苯磺酸鹽)､AEO(脂肪醇聚氧化乙烷醚)或AES(脂肪醇聚環(huán)氧乙烷醚硫酸脂鈉鹽)為主要成分,另須加入較多有一定毒性的助溶劑,以改善其溶解性和溫和性。可用于洗滌劑及香波､護(hù)膚用品配方中。不僅保持了制品的性能,而且大大提高了溫和性。迄今為止用于該類配方的APG主要是C₈_～14烷基多苷。

APG具有無(wú)毒的特性,其LD₅₀>5g/kg(半致死量)。適合配制兒童發(fā)用和體用香波,即使誤入眼､口,亦無(wú)毒害。對(duì)頭發(fā)的影響,檢測(cè)表明,APG對(duì)頭發(fā)上蛋白質(zhì)的洗脫程度和洗滌染色頭發(fā)的變色程度均低于AES､AOS(α-烯羥磺酸鈉)､FAS(脂肪醇硫酸鹽)和甜菜堿類。而且APG香波與FAS香波的對(duì)比實(shí)驗(yàn)表明,使用APG香波的被試者極少有人感到灼燒和發(fā)干等現(xiàn)象。

在美國(guó)､歐洲和日本,這種香波和浴液深受歡迎,并已開(kāi)始打入我國(guó)市場(chǎng)。實(shí)驗(yàn)證明將對(duì)國(guó)產(chǎn)香波和浴液的活性組分以一定比例的APG替代,其性能顯著改善,這可以從根本上解決國(guó)產(chǎn)人體用洗滌劑的不足。

由于純天然原料制成的APG的獨(dú)特的優(yōu)越性能,完全符合作為化妝品用活性劑的性能要求,國(guó)內(nèi)外已開(kāi)始采用APG作為活性組分制成化妝品,這類新型化妝品可顯示良好的皮膚保濕性和皮膚養(yǎng)護(hù)性能。在粉狀洗衣粉中,使用APG替代AEO或部分LAS制成的粉狀洗衣劑,在保持原有洗滌劑性能的同時(shí),其溫和性､抗硬水性和對(duì)皮膚污垢的洗滌性明顯改善,在以非離子型活性劑AEO和AES為主劑的液體洗滌劑中配入APG以部分替代AEO和AES,可保持其良好耐硬水性和去污力大的特點(diǎn),是一種理想的液體洗滌劑。

2.2 在生物化學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用

APG與以前的非離子表面活性劑相比,具有以下優(yōu)點(diǎn):①臨界膠束濃度高,可用于透析法除去;②蛋白質(zhì)變性困難;③紫外光穿透性能高,在膜蛋白的增溶､再構(gòu)成的生物化學(xué)領(lǐng)域一般使用效果好。對(duì)細(xì)胞色素C､RNA聚合酶等物質(zhì),具有使這些蛋白質(zhì)穩(wěn)定化的功能。

2.3 在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用

烷基糖苷有三個(gè)游離羥基,可以發(fā)生羥基的各種反應(yīng),從而合成有用的衍生物。例如通過(guò)一定的過(guò)程合成(NaSO₃—CH[CHCOO(C₆H₁₂O₆)nOR]COONa),該產(chǎn)物表面性能好,降低表面張力強(qiáng),乳化性､分散性好,易生物降解,無(wú)毒､無(wú)刺激､無(wú)污染。

APG在乳化劑方面也有廣泛應(yīng)用。C₁₂～C₁₄烷基多苷一些特殊配方,特別是微乳狀液中做乳化劑;C₁₆～C₁₈APG與脂肪醇復(fù)配在O/W乳化體中有自乳化作用(self emulsifying)。在食品乳化劑方面,APG與同食品乳化劑(如甘油脂肪酸)相比,具有相同或相似的性質(zhì)。以APG作為食品乳化劑不僅解決了我國(guó)食品乳化劑只有親油性(HLB5—9)產(chǎn)品的問(wèn)題,也增加了食品乳化劑的品種。

APG應(yīng)用于某些塑料制品中可起到穩(wěn)定和阻燃作用。APG作為一種新型乳化劑亦用于乳液聚合,并得到性能優(yōu)良的制品,如氯乙烯聚合時(shí),加入APG可使聚氯乙烯具有空隙率高､松密度大,再制模時(shí)不易裂縫等特點(diǎn)。此外,在混凝土外加劑中,APG作為加氣劑將能滿足泡沫豐富､穩(wěn)定､均勻的要求。

2.4 在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用

APG有很好的濕潤(rùn)和滲透性質(zhì),它是非離子表面活性劑,對(duì)高濃度電解質(zhì)不敏感,并且APG與聚氧乙烯型非離子表面活性劑不同的是它沒(méi)有逆相濁點(diǎn),因此適合農(nóng)業(yè)應(yīng)用。APG具有易降解､不污染農(nóng)作物和土地､吸濕性好等特點(diǎn),適宜作農(nóng)藥乳化劑,并可調(diào)節(jié)土壤濕度,對(duì)除草劑､殺蟲(chóng)劑和殺菌劑都有顯著的增效作用。

3 結(jié)論

綜上所述,烷基多聚糖苷所具有的基本特征,即表面張力和界面張力低。去污力優(yōu)良,對(duì)皮膚無(wú)刺激,泡沫豐富､細(xì)膩､穩(wěn)定,配伍性能好､無(wú)毒安全,環(huán)境友好。可以認(rèn)為它是一種非常有前途的,亟待發(fā)展的優(yōu)良表面活性劑新品種,制造苷類表面活性劑的原料是各類脂肪醇和淀粉及其水解產(chǎn)物。我國(guó)有豐富的淀粉資源,所以開(kāi)發(fā)烷基苷類表面活性劑就有了可靠的資源條件。