2結(jié)果和討論

2.1不同表面活性劑溶液的表面張力測(cè)定結(jié)果

選取10種表面活性劑按照離子性分類，其中氨基酸表面活性劑為陰離性，如表2所示。

表2表面活性劑種類

表面活性劑種類

甲基椰油酰基牛磺酸鈉：陰離子表面活性劑

椰油酰谷氨酸二鈉：陰離子表面活性劑

月桂醇聚醚磺基琥珀酸酯二鈉陰離子表面活性劑

月桂醇聚醚硫酸酯鈉：陰離子表面活性劑

椰油酰氨基丙酸鈉：陰離子表面活性劑

磺酸羥丙酯月桂基葡糖苷交聯(lián)聚合物鈉：陰離子表面活性劑

椰油酰兩性基乙酸鈉：兩性表面活性劑

椰油酰胺丙基甜菜堿：兩性表面活性劑

辛酰/癸酰氨丙基甜菜堿：兩性表面活性劑

PEG-80失水山梨醇月桂酸酯：非離子表面活性劑

將10種表面活性劑的去離子水溶液（pH=6.0）進(jìn)行表面張力測(cè)定，結(jié)果如圖1所示。去離子水的表面張力為71.81 mN/m；所有表面活性劑均可顯著降低去離子水的表面張力，其中PEG-80失水山梨醇月桂酸酯降低表面張力的能力最差，為43.73 mN/m；月桂醇聚醚硫酸酯鈉和椰油酰胺丙基甜菜堿水溶液的表面張力無顯著差異，分別為34.14和33.87 mN/m；辛酰/癸酰氨丙基甜菜堿水溶液的表面張力為30.54 mN/m；椰油酰兩性基乙酸鈉和磺酸羥丙酯月桂基葡糖苷交聯(lián)聚合物鈉水溶液的表面張力無顯著差異，分別為28.88和28.71 mN/m；甲基椰油酰基牛磺酸鈉水溶液的表面張力為26.74 mN/m；月桂醇聚醚磺基琥珀酸酯二鈉水溶液的表面張力為24.16 mN/m；椰油酰氨基丙酸鈉水溶液的表面張力較低，為23.84 mN/m；椰油酰谷氨酸二鈉水溶液的表面張力最低，為22.08 mN/m。

圖1不同表面活性劑溶液的表面張力

表面張力是表面活性劑最重要的性質(zhì)之一，氣泡表面的能量E=γ（表面張力）×a（產(chǎn)生的面積），產(chǎn)生泡沫的過程是液體的總面積和系統(tǒng)的總表面能都增加的過程，更低的表面張力產(chǎn)生相同泡沫面積所做的功將更少，因此，相同條件下更低表面張力的表面活性劑溶液會(huì)產(chǎn)生更多的泡沫面積，即泡沫更綿密。

2.2不同表面活性劑溶液的起泡性和穩(wěn)定性分析

泡沫的起泡性通過最大泡沫體積來表征，泡沫的豐富性用最大泡沫體積和初始泡沫密度來表征，泡沫的穩(wěn)定性可通過泡沫形態(tài)、泡沫密度保留率和泡沫體積保留率來表征。

表面活性劑的最大泡沫體積如圖2a所示，甲基椰油酰基牛磺酸鈉溶液產(chǎn)生的最大泡沫體積顯著高于其他樣品，為112.17 mL。椰油酰兩性基乙酸鈉、月桂醇聚醚磺基琥珀酸酯二鈉和月桂醇聚醚硫酸酯鈉最大泡沫體積較高，其中椰油酰兩性基乙酸鈉和月桂醇聚醚磺基琥珀酸酯二鈉無顯著性差異，月桂醇聚醚硫酸酯鈉次之。辛酰/癸酰氨丙基甜菜堿的起泡性較差，PEG-80失水山梨醇月桂酸酯的起泡性最差，泡沫體積最低，只有23.27 mL。

圖2表面活性劑溶液的最大泡沫體積（a）、泡沫體積保留率（b）、初始泡沫密度（c）和泡沫密度保留率（d）

表面活性劑的泡沫體積保留率如圖2b所示，10種表面活性劑在10 min之后的泡沫體積保留率均在50%以上，其中泡沫體積保留率最高的是辛酰/癸酰氨丙基甜菜堿，達(dá)到84.83%，椰油酰胺丙基甜菜堿次之，為74.70%，表明辛酰/癸酰氨丙基甜菜堿和椰油酰胺丙基甜菜堿的泡沫體積穩(wěn)定性非常好。甲基椰油酰基牛磺酸鈉和月桂醇聚醚磺基琥珀酸酯二鈉的泡沫保留率無顯著性差異，分別為71.24%和71.56%。月桂醇聚醚硫酸酯鈉、磺酸羥丙酯月桂基葡糖苷交聯(lián)聚合物鈉和椰油酰谷氨酸二鈉三者之間無顯著性差異，分別為65.54%，63.61%和63.35%。椰油酰氨基丙酸鈉的泡沫體積保留率最低，為56.03%，泡沫體積穩(wěn)定性最差。

表面活性劑的初始泡沫密度如圖2c所示，椰油酰氨基丙酸鈉和椰油酰谷氨酸二鈉的初始泡沫密度最大，分別為147.80和148.80個(gè)/mm2，無顯著性差異；甲基椰油酰基牛磺酸鈉、椰油酰兩性基乙酸鈉和月桂醇聚醚磺基琥珀酸酯二鈉的初始泡沫密度較好，均大于120.00個(gè)/mm2；椰油酰胺丙基甜菜堿和PEG-80失水山梨醇月桂酸酯的初始泡沫密度一般，兩者無顯著性差異；辛酰/癸酰氨丙基甜菜堿的表現(xiàn)最差，只有79.00個(gè)/mm2。

表面活性劑的泡沫密度保留率如圖2d所示，甲基椰油酰基牛磺酸鈉和椰油酰谷氨酸二鈉的泡沫密度保留率分別為68.72%和64.32%，顯著高于其他表面活性劑，其余均低于50%，表明甲基椰油酰基牛磺酸鈉和椰油酰谷氨酸二鈉的泡沫密度穩(wěn)定性很好。椰油酰胺丙基甜菜堿和辛酰/癸酰氨丙基甜菜堿泡沫密度保留率分別為22.05%和24.60%，泡沫密度穩(wěn)定性很差。

表面活性劑的泡沫形態(tài)數(shù)據(jù)如表3所示，包括10種表面活性劑溶液在產(chǎn)生最大泡沫體積之后的0，300和600 s時(shí)的泡沫密度（BC）、平均氣泡面積（MBAavg）和最大氣泡面積（MBAmax）；同時(shí)，選取了5種具有代表性的表面活性劑，對(duì)其泡沫形態(tài)進(jìn)行拍照觀察，如圖3所示。最初，所有陰離子表面活性劑的氣泡都非常小且均勻，其中椰油酰谷氨酸二鈉、椰油酰氨基丙酸鈉和甲基椰油酰基牛磺酸鈉這3種氨基酸表面活性劑的平均氣泡面積分別為6 787，6 822和7 427μm2；而兩性和非離子表面活性劑的平均氣泡面積較大，其中椰油酰胺丙基甜菜堿為9 732μm2、辛酰/癸酰氨丙基甜菜堿為12 698μm2、PEG-80失水山梨醇月桂酸酯為9 619μm2。在600 s時(shí)，大多數(shù)陰離子表面活性劑氣泡的平均面積在30 000μm2以內(nèi)，椰油酰兩性基乙酸鈉的平均氣泡面積為24 426μm2，其余兩性和非離子表面活性劑的平均氣泡面積均大于40 000μm2，其中辛酰/癸酰氨丙基甜菜堿達(dá)到53 442μm2。以上結(jié)果表明，甲基椰油酰基牛磺酸鈉、椰油酰谷氨酸二鈉具有較好的泡沫形態(tài)穩(wěn)定性，600 s后其泡沫密度和氣泡面積變化相對(duì)較小，而椰油酰胺丙基甜菜堿、辛酰/癸酰氨丙基甜菜堿、PEG-80失水山梨醇月桂酸酯的泡沫密度和氣泡面積變化相對(duì)較大，其泡沫形態(tài)穩(wěn)定性較差。

表3不同表面活性劑的泡沫在0，300和600 s時(shí)的氣泡面積

圖3不同表面活性劑的泡沫在0，300和600 s時(shí)的泡沫形態(tài)

綜上所述，甲基椰油酰基牛磺酸鈉具有最優(yōu)的起泡性，椰油酰兩性基乙酸鈉、月桂醇聚醚磺基琥珀酸酯二鈉和月桂醇聚醚硫酸酯鈉的起泡性較好，辛酰/癸酰氨丙基甜菜堿和PEG-80失水山梨醇月桂酸酯的起泡性較差。甲基椰油酰基牛磺酸鈉、椰油酰兩性基乙酸鈉和月桂醇聚醚磺基琥珀酸酯二鈉具有更好的泡沫豐富性，其最大泡沫體積和初始泡沫密度表現(xiàn)均較好；辛酰/癸酰氨丙基甜菜堿和PEG-80失水山梨醇月桂酸酯的泡沫豐富性較差。泡沫形態(tài)和泡沫密度保留率具有一定的相關(guān)性，這兩個(gè)指標(biāo)表征的泡沫穩(wěn)定性最好的為甲基椰油酰基牛磺酸鈉和椰油酰谷氨酸二鈉，較差的為辛酰/癸酰氨丙基甜菜堿和椰油酰胺丙基甜菜堿。泡沫體積穩(wěn)定性最好的是辛酰/癸酰氨丙基甜菜堿，與泡沫形態(tài)和泡沫密度保留率表征的穩(wěn)定性具有相反的結(jié)果，穩(wěn)泡是一種非常復(fù)雜的過程，泡沫性能通常受表面張力、表面活性劑的結(jié)構(gòu)和類型、溶液黏度、pH、靜電荷、水硬度等諸多因素的影響，因此，衡量泡沫的穩(wěn)定性可根據(jù)實(shí)際應(yīng)用和需求來選擇。