皮革化學品常是含有各種成分的復雜混合物,多種物質混合在一起時會發生加和協同或對抗效應。配方中多種活性物復配,配方中多采用多種表面活性劑復配,可改進產品的性能。
1表面活性劑間的相互作用
在水溶液中,陰離子表面活性劑和陽離子表面活性劑有強烈的相互作用,組成一種復合物或稱為分子間化合物,并表現出較高的表面活性,使溶液的表面張力大為降低。例如,陰離子表面活性劑辛烷基磺酸鈉C6H17S03Na在一定濃度下,表面張力為3.8 X 10-4N/cm;而陽離子表面活性劑辛基三甲基溴化銨季銨鹽[C8H17N(CH3)3]+Br-,在相同濃度下,表面張力為4.1 X 10-4N/cm。將兩者以1:1的體積比混合后,在相同濃度中,溶液的表面張力僅為2.3×10-4N/cm。由此可見混合后,復合物降低表面張力的能力比任何一個單一組分的表面活性劑要大得多。
在溶液中,陰離子表面活性劑和陽離子表面活性劑會有相當強烈的互相作用,作用的結果往往是降低了cmc,提高了復合物的表面活性。有人認為這種相互作用是一種協同效應,也有人認為這種陰離子表面活性劑和陽離子表面活性劑的相互作用,不是一種簡單的物理混合過程,而是形成了一種復合物,或稱為分子問化合物,這種復合物分子中,表面活性劑的電荷彼此中和抵消了。
但陰離子表面活性劑和陽離子表面活性劑之間的分子間化合物,一般很難制備,必須嚴格按一定的分子比例,并遵循一定的混合方式才行。否則不僅得不到有相互作用并能提高它們表面活性的分子間化合物,反而得到性質彼此抵消的離子化合物,并從水溶液中沉淀析出。這種分子間因靜電作用而形成的離子化合物,使陽離子表面活性劑失去了對皮革的柔軟和抗靜電作用,又使陰離子表面活性劑失去了原應有的作用。
溶液中陰離子表面活性劑和兩性表面活性劑之間存在著強烈的相互作用,這種相互作用形成了某種復合物或稱為分子間化合物,由于這種分子間化合物的形成,自然改變了許多和表面活性有關的性質以及其他物理性質。利用這種復合物的生成,以及在一定程度上可提高界面活性的性質,在實用上往往可以在陰離子表面活性劑中,加入一定比例的兩性表面活性劑,從而產生某種協同效應。陽離子表面活性劑和兩性表面活性劑之間同樣存在著強烈的相互作用,這種作用特別表現在混合后所發生的黏度、發泡體積等方面的變化。
非離子表面活性劑一般較少用作混合乳化劑,而主要利用的是非離子與離子型表面活性劑間的相互作用。如陰離子表面活性劑溶液中加入少許非離子表面活性劑,因離子頭相斥力減小,疏水基鏈問的分子吸引力增加,促使膠束形成混合膠束,使cmc降低。
2水溶性高分子與表面活性劑聞的相互作用
水溶性高分子與表面活性劑之間的作用一般可分為三種,即電性作用、疏水作用及色散力作用。在水溶液中,水分子與水分子之間的色散力作用和水分子與碳氫鏈之間的色散力作用差別不大,一般在相同的數量級內,但水溶劑所具有的特殊結構而引起的碳氫鏈之間的疏水作用較強。因此,非電解質中性的水溶性高分子與表面活性劑之間的相互作用主要是烴鏈間的疏水結合。幾乎所有的研究工作都表明,高分子物質的疏水性越強,越容易與表面活性劑相互作用生成“復合物”。
對于陰離子表面活性劑來說,高分子物質與其作用的強烈程度次序為:PVA(聚乙烯醇)<PEG(聚乙二醇)<CMC(羧甲基纖維素)<PVAC<PPG≈PVP(聚乙烯吡咯烷酮)。高分子與陽離子表面活性劑的作用較弱,研究得也較少。影響相互作用強弱的兩個主要因素是:高分子的疏水性愈強,相互作用愈大;表面活性劑的碳氫鏈愈長,與高分子的相互作用愈強;高分子與表面活性劑的電性差異愈大,相互作用愈強。,非離子表面活性劑與高分子的相互作用一般較弱。
3協同效應
當任何一種表面混合物,在其cmc達到的表面張力低于單一表面活性劑在其cmc所達到的表面張力時,這種體系的表面張力降低效能的協同效應就可能存在。
對于離子型一聚氧乙烯型非離子表面活性劑體系,隨著溶液中電解質含量的增加,協同效應可能減小。對于具有相同疏水基的表面活性劑體系,陰離子表面活性劑和陽離子表面活性劑所組成的混合物體系可能有最大的協同效應。
根據大量試驗結果,從表面張力和臨界膠束值考慮,雙組分混合表面活性劑的協同效應強弱的順序為:陰離子-陽離子>陰離子-兩性離子>離子-非離子>非離子-非離子。
目前表面活性劑的協同效應理論研究相當活躍,隨著這方面工作的深入將對表面活性劑在各個領域的應用帶來突破性的進展。皮革化學品常是含有各種成分的復雜混合物,多種物質混合在一起時會發生加和協同或對抗效應。一定比例的雙組分混合物,在各自的某種濃度限度內,濃度與效能間呈現一定的關系。如混合物的效能與線性組合的效能相同,則存在著加和效應;如混合物的效能高于線性組合時的效能,或為達到相同效能,混合物中各組分的濃度低于二者線性組合所需濃度,則存在著協同效應。反之,如混合物濃度高于線性組合的濃度,則存在著對抗效應。
多種表面活性劑復配,可改進產品的性能,脂肪醇聚氧乙烯醚和直鏈烷基苯磺酸鈉復合使用,在去污力方面具有協同效應,可提高產品的去污力和控制產品的泡沫,醇系非離子表面活性劑在配方中的用量在日益增加。皮革化學品正由單一功能向專用和多功能發展,如在脫脂劑中加入增白劑、酶制劑等,可同時具有增白和柔軟作用。目前大多數實用加脂劑等配方均采用多種表面活性劑復配以提高產品性能,降低生產成本。
陰離子-陽離子表面活性劑復合后溶解度太小,在脫脂和脫灰效果方面的實用價值不大,然而在用泡沫法除去工廠廢水中的陰離子表面活性劑時,如添加極少量的陽離子表面活性劑,可將殘余的陰離子表面活性劑由1Omg/kg降至lmg/kg左右。配方中采用陰離子表面活性劑中加入一定量非離子表面活性劑后,產品中的總活性物含量下降,而質量有所提高,這就是利用了陰離子-非離子活性劑間的協同效應。
表面活性劑和水溶性高分子間的協同作用亦十分重要,如在直鏈烷基苯磺酸鈉中加入一定量的聚丙烯酸鈉或聚丙烯酰胺,乳化及分散效果明顯提高;脂肪醇聚氧乙烯醚在一定濃度范圍內,對酶的活性沒有影響,但陽離子表面活性劑和硅酸鈉能迅速降低酶的活性。
應當指出,配方往往是某種精細化工產品的最保密部分,實際上也可以說是精細化工產品的核心技術。復配需要解決的問題很多,各種組分間的相容性研究涉及多種學科,配方設計既需要理論的指導,又離不開實驗和經驗,只有反復實踐才能得到滿意的結果,通過合理的配合使各組分發揮最佳作用。計算機輔助設計在配方研究方面已成為一種十分有效的手段,進入精細化工研究領域的前沿。表面活性劑的復配已由二元組分向多元組分變化,配方中高分子表面活性劑和酶制劑的比例將有所增加。



