氨基酸和其当作制备表面活性剂原料的价值最早发现于20世纪,主要用于化妆品、药品的防腐,而后有研究者发现其可以抵抗多种致病肿瘤、细菌、病毒,因而被广泛研究。目前研发较多的为N-酰基氨基酸型和N-烷基氨基酸型的表面活性剂,当中最多的是N-酰基氨基酸表面活性剂,现阶段已形成系列化生产。
(一)氨基酸表面活性剂
氨基酸表面活性剂是将生物物质当作基础,因为分子当中存在氨基酸骨架,具备其他表面活性剂的基础性能和自身特殊性能,生物相容性佳、抑菌效果强、降解快速安全。氨基酸为亲水结构,将疏水剂引入当中才能合成氨基酸表面活性剂,根据氨基酸溶水时不同离子类型及碱性,可以将表面活性剂区分成四种,即阴离子型、阳离子型、两性离子型以及非离子型。
(二)氨基酸型两性表面活性剂
这种表面活性剂的水溶液为碱性。倘若在搅拌过程中缓慢放入盐酸,成为中性后依旧没有变化。到微酸性后就会形成沉淀。倘若将盐酸加入其中变为强酸性后,形成沉淀并溶解。这种现象表示,碱性时呈现出阴离子表面活性剂,酸性时呈现出阳离子表面活性剂。然而,在阴离子性以及阳离子性恰好处于平衡等电点,亲水性会减弱,并形成沉淀。分子当中的阴离子为羧基、阳离子为铵盐。其表面活性会随着介质当中的pH值而出现变化,比如在氢氧化钠的介质当中放置十二烷基氨基丙酸可以转变成十二烷基氨基丙酸钠,变成阴离子表面活性剂能够溶解在水里。其放置于盐酸介质当中可以转变成十二烷基氨基丙酸,形成阳离子表面活性剂能够溶解在水里。倘若介质当中的pH值发生变化,致使阴阳电性恰好为平衡状态,其就会转变成钠盐,由于难于溶解于水而形成沉淀,这个时候的pH是等电点。要想最大限度发挥氨基酸型两性表面活性剂的效用,就应使用于偏离等电点pH的水溶液内。氨基酸型两性表面活性剂在制备期间最为常用的原材料,主要包括丙烯酸甲酯、高级脂肪伯胺、氯乙酸以及丙烯腈等。研究进展:表面活性剂不仅在日用化工行业中获得了普遍使用,在纤维合成、石油开采、冶金、建材、交通、油田化学品等诸多领域中均得到了广泛应用。今后,表面活性剂的研究和运用主要集中于高新技术领域,例如电子机械加工、石油开采、煤炭等方面。
根据酸碱性可将氨基酸分成三种类型,即碱性、酸性和中性,衍生出的氨基酸表面活性剂包括阴离子型、阳离子型、非离子以及两性离子型。经过脂肪酰基和a-氨基酸的缩合而配置出的N-酰基氨基酸表面活性剂是最为常见的氨基酸基表面活性剂,也是现阶段研究与使用最多的。
(一)表面活性良好
氨基酸基表面活性剂的钙皂分散力以及乳化力都非常强,并且其抗硬水性能佳,有相关人员对氨基酸基表面活性剂的表面性能进行了研究,分析了0.5%质量分数椰油酰基甲基牛磺酸钠的抗硬水效果,在150mg/kg的硬水和纯水条件下的泡沫高度基本相同,大约为1.7cm。在氨基酸基表面活性剂碳链长度的增长下,其平衡表面张力与临界胶束浓度会呈现出下降趋势。
(二)生物降解性好
氨基酸基表面活性剂的生物降解性能佳,其具备优良的环境相容性。有关人员对其生物降解性进行了系统性研究,最终发现N-酰基氨基酸表面活性剂极易利用脂肪酸与氨基酸的分解来完成降解。与此同时,对比支链烷基苯磺酸钠,月桂酰谷氨酸钠的生物降解性能更佳,和十二烷基硫酸钠基本一致。有关人员将氨基酸以及脂肪酸当作主要原料合成各种各样的氨基酸表面活性剂,同时综合测定了其生物降解性能,14天时其生物降解率处于57%—73%左右。
(三)抗菌性好
因为酰基链当中具有不饱和键或是羟基,所以氨基酸基表面活性剂具备相应的抗菌作用,同时这种性能会在不饱和度与羟基的增长下而提高。根据相关资料显示,与革兰氏阴性菌相比,精氨酸表面活性剂对革兰氏阳性菌的抗菌效果更加理想。有关人员对N-酰基氨基酸表面活性剂抵抗大肠杆菌、金黄色葡萄球菌和绿脓杆菌的具体性能进行了研究,同时分析了pH对抗菌性能的干扰,研究结果显示:对以上三种菌,N-酰基氨基酸表面活性剂都具备良好的抵抗性能,在pH大于六的时候,抗菌活性降低。
(一)在衣用洗涤剂中的应用
氨基酸表面活性剂的泡沫性能较为理想,同时可以促使针织物具备良好的柔软性,不会对织物纤维造成损伤,这一特点使其在洗衣液中发挥了至关重要的作用。N-酰基氨基酸表面活性剂有很好的低温抗冻性,其主要是经过丝氨酸、谷氨酸、丙氨酸和甘氨酸等衍生出的,在洗衣液配方当中运用,能够有效避免洗衣液由于低温产生凝胶而不能正常应用情况的发生。有关人员对N-酰基丙氨酸表面活性剂基础上配置出的洗涤剂进行研究分析,结果表明这种洗涤剂的去污力与稳定性都比较理想,衣物清洗后较为柔软。另外还对将N-酰基-1-羟基丙氨酸钠为基础的洗涤剂进行了研究,结果显示,这种洗涤剂具有良好的抗硬水性能、去污能力,并且不会严重刺激皮肤。还有人观察了干洗行业中运用氨基酸基表面活性剂的效果,将高压二氧化碳当作主要载体,将氨基酸表面活性剂当作清洗剂,同时比较经常使用干洗溶剂四氯乙烯的去污能力。结果显示:对比四氯乙烯,氨基酸基表面活性剂去除颗粒污垢的能力是84%,去除非颗粒污垢的能力是98%,整体去污能力为四氯乙烯的92%;但是通过氨基酸表面活性剂配置的干洗剂具有环保、安全等优点,对衣物尤其是尼龙材质衣物的损伤很小。
(二)在口腔护理行业中的应用
N-酰基氨基酸表面活性剂可以形成非常多并且细腻的泡沫,刺激性弱,并且其还具备良好的抗菌作用,能够在口腔护理领域中广泛运用。比如N-月桂酰丙氨酸钠、N-脂肪酰肌氨酸钠、N-月桂酰谷氨酸钠等都可以在牙膏产品当中得到使用,另外,以上的氨基酸类表面活性剂可以对口腔内葡萄糖-乳酸的转化进行有效抑制,在牙膏当中作为发泡剂可以起到清新口气的效用。有关研究人员在牙膏产品当中应用N-酰基甘氨酸钠,结果表明可以确保产品在低温条件中不容易凝胶,很轻松的挤出软管,同时还能够起到一定的牙齿保健和口腔疾病预防作用。有研究人员提出,在含药物的糖中加入N-月桂酰基肌氨酸钠,可以维持较长时间的药效。
(三)在洗护产品中的应用
氨基酸表面活性剂不会对人体肌肤及眼睛造成严重刺激,并且其脱脂力相对较弱,清洗之后肤感佳,能够保持皮肤湿润,长时间使用也不会对肌肤与毛发造成损伤,并且还能够起到相应的调理效果。有关研究人员将氨基酸基表面活性剂当作主表面活性剂,同时复配椰油基羟乙基磺酸钠,研制出了温和型的洗面奶。这种洗面奶的泡沫细腻丰富、外观均匀,洗脸之后有舒适、爽滑、不紧绷等优良感受。有关人员利用烷基糖苷、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠以及N-酰基谷氨酸钠研制出了洁面乳,这款洁面乳的水溶性、洗净力、起泡性都显著优于市场中的其他产品,并且这种洁面乳的p H呈弱酸性或中性,与肌肤pH值接近,不会对肌肤造成损伤。另外还有相关文献报道了洗发香波中应用氨基酸基表面活性剂,有研究人员将N-月桂酰丙氨酸钠当作主表面活性剂,复配椰油酰基甲基牛磺酸钠,最后得到了无硅油型香波,这种洗发水具备刺激性小、成本低、去污力强、相容性好等诸多优势。
(四)在皮革工业中的应用
在皮革工业当中,氨基酸基表面活性剂的用途主要是加脂剂、乳化剂、染色助剂等。其可以提高加脂剂的填充性、抗水性以及助染性等良好性能,可以使皮革更加丰满、柔软。有关文献报道,氨基酸表面活性剂在皮革处理中的运用,利用此类氨基酸表面活性剂后,促使皮革的柔软性与柔软性得到有效提升。相关人员对皮革加脂剂中运用氨基酸表面活性剂进行研究,结果显示,在加脂工序中使用氨基酸型两性表面活性剂能够使油脂均匀分布于皮革纤维附近,并且提升胶原和油脂融合,可以缩减大约10%的加脂剂用量,其加脂效果良好。
(五)在医药方面的应用
近些年,氨基酸型表面活性剂也在医药、生物行业中获得了迅速发展,比如N-酰基氨基酸型表面活性剂能够用来加强维生素E的水溶性,提升机体吸收力并温和、刺激性小;还能够迅速、安全地在人体血液、微生物和动植物细胞中提取出RNA,对DNA定量提取等;并且在免疫学当中有一定运用。酰基氨基酸囊泡还能够用于制备脂肽配体和药物载体的功能性脂质体;阴离子型氨基酸型表面活性剂能够用来累积肌肤当中的亲水物质以及提升渗透通量,今后很可能作为肌肤的局部治疗剂。氨基酸型双子表面活性剂当前呈现出了特殊发展前景,对精胺基双子表面活性剂、聚阳离子双子表面活性剂当作基因递送时的试剂也有相应研究。
(六)食品领域
在我国社会经济迅速发展的背景下,国民生活质量得到了大幅度提升,食品安全引起了越来越多人的重视,而氨基酸型表面活性剂具备的生物相容性以及安全性就可以很好地满足食品行业的这种要求。比如,用氨基酸酯取代氨基酸当作食品添加剂,不仅能够改善食物的风味,延长其保鲜期,还能够增加食物的营养成分。将少量N-酰基氨基酸型表面活性剂当作食品添加剂,能够确保植物油脂和糖果以及可可粉等食物不溢出味道,避免滋生各种异味,另外还可以起到防腐的效果;还能够对酸性物质发酵、龋齿残留等情况进行有效抑制,避免了酸蚀龋齿。与此同时,氨基酸型表面活性剂还可以发挥出抗静电、防雾等效果,能够在食品包装的塑料薄膜当中得到良好运用。
因为我们国家的精细化工产业在社会经济发展中占据至关重要的作用,而表面活性剂作为精细化工产业的关键点,所以具备良好性能的氨基酸型表面活性剂受到了越来越多人的重视,近几年获得了快速发展。在我们国家,氨基酸型表面活性剂的工业化发展相对滞后,相应的合成工艺与技术当前依旧存在诸多缺陷,绝大多数小批量以及高质量的氨基酸型表面活性剂依旧是国外进口,使用成本相对较高,现阶段还没有获得普遍使用,很多与其有关的领域也因为进展比较缓慢。氨基酸型尤其是酰基氨基酸型表面活性剂,对于日用化学工业是非常关键的,很多发达国家当前都已具备相对完善的研发体系,可以多元化、系统化的研究以及开发各种相关产品,现阶段我们国家的氨基酸型表面活性剂还存在较大的发展空间,所以,具备良好合成性能的氨基酸型表面活性剂也是当前我们国家的主要科研项目之一。针对氨基酸型表面活性剂的诸多良好特征性能,怎样更加绿色环保、科学高效地生产以及运用已成为其今后重要的发展趋势:将化学法、生物酶法与生物酶进行有机融合,这种合成方式与今后可持续发展要求更加相符;通过生物废弃物以及天然植物制备出更经济实用的氨基酸型表面活性剂,能够切实有效的减少使用投入;加大研究氨基酸型表面活性剂性能和结构之间联系的力度,同时积极拓展其适用范围等,都会成为氨基酸表面活性剂今后的主流发展方向。
转载自:表面活性剂发展中心