2结果和讨论

2.1不同表面活性剂溶液的表面张力测定结果

选取10种表面活性剂按照离子性分类，其中氨基酸表面活性剂为阴离性，如表2所示。

表2表面活性剂种类

表面活性剂种类

甲基椰油酰基牛磺酸钠：阴离子表面活性剂

椰油酰谷氨酸二钠：阴离子表面活性剂

月桂醇聚醚磺基琥珀酸酯二钠阴离子表面活性剂

月桂醇聚醚硫酸酯钠：阴离子表面活性剂

椰油酰氨基丙酸钠：阴离子表面活性剂

磺酸羟丙酯月桂基葡糖苷交联聚合物钠：阴离子表面活性剂

椰油酰两性基乙酸钠：两性表面活性剂

椰油酰胺丙基甜菜碱：两性表面活性剂

辛酰/癸酰氨丙基甜菜碱：两性表面活性剂

PEG-80失水山梨醇月桂酸酯：非离子表面活性剂

将10种表面活性剂的去离子水溶液（pH=6.0）进行表面张力测定，结果如图1所示。去离子水的表面张力为71.81 mN/m；所有表面活性剂均可显著降低去离子水的表面张力，其中PEG-80失水山梨醇月桂酸酯降低表面张力的能力最差，为43.73 mN/m；月桂醇聚醚硫酸酯钠和椰油酰胺丙基甜菜碱水溶液的表面张力无显著差异，分别为34.14和33.87 mN/m；辛酰/癸酰氨丙基甜菜碱水溶液的表面张力为30.54 mN/m；椰油酰两性基乙酸钠和磺酸羟丙酯月桂基葡糖苷交联聚合物钠水溶液的表面张力无显著差异，分别为28.88和28.71 mN/m；甲基椰油酰基牛磺酸钠水溶液的表面张力为26.74 mN/m；月桂醇聚醚磺基琥珀酸酯二钠水溶液的表面张力为24.16 mN/m；椰油酰氨基丙酸钠水溶液的表面张力较低，为23.84 mN/m；椰油酰谷氨酸二钠水溶液的表面张力最低，为22.08 mN/m。

图1不同表面活性剂溶液的表面张力

表面张力是表面活性剂最重要的性质之一，气泡表面的能量E=γ（表面张力）×a（产生的面积），产生泡沫的过程是液体的总面积和系统的总表面能都增加的过程，更低的表面张力产生相同泡沫面积所做的功将更少，因此，相同条件下更低表面张力的表面活性剂溶液会产生更多的泡沫面积，即泡沫更绵密。

2.2不同表面活性剂溶液的起泡性和稳定性分析

泡沫的起泡性通过最大泡沫体积来表征，泡沫的丰富性用最大泡沫体积和初始泡沫密度来表征，泡沫的稳定性可通过泡沫形态、泡沫密度保留率和泡沫体积保留率来表征。

表面活性剂的最大泡沫体积如图2a所示，甲基椰油酰基牛磺酸钠溶液产生的最大泡沫体积显著高于其他样品，为112.17 mL。椰油酰两性基乙酸钠、月桂醇聚醚磺基琥珀酸酯二钠和月桂醇聚醚硫酸酯钠最大泡沫体积较高，其中椰油酰两性基乙酸钠和月桂醇聚醚磺基琥珀酸酯二钠无显著性差异，月桂醇聚醚硫酸酯钠次之。辛酰/癸酰氨丙基甜菜碱的起泡性较差，PEG-80失水山梨醇月桂酸酯的起泡性最差，泡沫体积最低，只有23.27 mL。

图2表面活性剂溶液的最大泡沫体积（a）、泡沫体积保留率（b）、初始泡沫密度（c）和泡沫密度保留率（d）

表面活性剂的泡沫体积保留率如图2b所示，10种表面活性剂在10 min之后的泡沫体积保留率均在50%以上，其中泡沫体积保留率最高的是辛酰/癸酰氨丙基甜菜碱，达到84.83%，椰油酰胺丙基甜菜碱次之，为74.70%，表明辛酰/癸酰氨丙基甜菜碱和椰油酰胺丙基甜菜碱的泡沫体积稳定性非常好。甲基椰油酰基牛磺酸钠和月桂醇聚醚磺基琥珀酸酯二钠的泡沫保留率无显著性差异，分别为71.24%和71.56%。月桂醇聚醚硫酸酯钠、磺酸羟丙酯月桂基葡糖苷交联聚合物钠和椰油酰谷氨酸二钠三者之间无显著性差异，分别为65.54%，63.61%和63.35%。椰油酰氨基丙酸钠的泡沫体积保留率最低，为56.03%，泡沫体积稳定性最差。

表面活性剂的初始泡沫密度如图2c所示，椰油酰氨基丙酸钠和椰油酰谷氨酸二钠的初始泡沫密度最大，分别为147.80和148.80个/mm2，无显著性差异；甲基椰油酰基牛磺酸钠、椰油酰两性基乙酸钠和月桂醇聚醚磺基琥珀酸酯二钠的初始泡沫密度较好，均大于120.00个/mm2；椰油酰胺丙基甜菜碱和PEG-80失水山梨醇月桂酸酯的初始泡沫密度一般，两者无显著性差异；辛酰/癸酰氨丙基甜菜碱的表现最差，只有79.00个/mm2。

表面活性剂的泡沫密度保留率如图2d所示，甲基椰油酰基牛磺酸钠和椰油酰谷氨酸二钠的泡沫密度保留率分别为68.72%和64.32%，显著高于其他表面活性剂，其余均低于50%，表明甲基椰油酰基牛磺酸钠和椰油酰谷氨酸二钠的泡沫密度稳定性很好。椰油酰胺丙基甜菜碱和辛酰/癸酰氨丙基甜菜碱泡沫密度保留率分别为22.05%和24.60%，泡沫密度稳定性很差。

表面活性剂的泡沫形态数据如表3所示，包括10种表面活性剂溶液在产生最大泡沫体积之后的0，300和600 s时的泡沫密度（BC）、平均气泡面积（MBAavg）和最大气泡面积（MBAmax）；同时，选取了5种具有代表性的表面活性剂，对其泡沫形态进行拍照观察，如图3所示。最初，所有阴离子表面活性剂的气泡都非常小且均匀，其中椰油酰谷氨酸二钠、椰油酰氨基丙酸钠和甲基椰油酰基牛磺酸钠这3种氨基酸表面活性剂的平均气泡面积分别为6 787，6 822和7 427μm2；而两性和非离子表面活性剂的平均气泡面积较大，其中椰油酰胺丙基甜菜碱为9 732μm2、辛酰/癸酰氨丙基甜菜碱为12 698μm2、PEG-80失水山梨醇月桂酸酯为9 619μm2。在600 s时，大多数阴离子表面活性剂气泡的平均面积在30 000μm2以内，椰油酰两性基乙酸钠的平均气泡面积为24 426μm2，其余两性和非离子表面活性剂的平均气泡面积均大于40 000μm2，其中辛酰/癸酰氨丙基甜菜碱达到53 442μm2。以上结果表明，甲基椰油酰基牛磺酸钠、椰油酰谷氨酸二钠具有较好的泡沫形态稳定性，600 s后其泡沫密度和气泡面积变化相对较小，而椰油酰胺丙基甜菜碱、辛酰/癸酰氨丙基甜菜碱、PEG-80失水山梨醇月桂酸酯的泡沫密度和气泡面积变化相对较大，其泡沫形态稳定性较差。

表3不同表面活性剂的泡沫在0，300和600 s时的气泡面积

图3不同表面活性剂的泡沫在0，300和600 s时的泡沫形态

综上所述，甲基椰油酰基牛磺酸钠具有最优的起泡性，椰油酰两性基乙酸钠、月桂醇聚醚磺基琥珀酸酯二钠和月桂醇聚醚硫酸酯钠的起泡性较好，辛酰/癸酰氨丙基甜菜碱和PEG-80失水山梨醇月桂酸酯的起泡性较差。甲基椰油酰基牛磺酸钠、椰油酰两性基乙酸钠和月桂醇聚醚磺基琥珀酸酯二钠具有更好的泡沫丰富性，其最大泡沫体积和初始泡沫密度表现均较好；辛酰/癸酰氨丙基甜菜碱和PEG-80失水山梨醇月桂酸酯的泡沫丰富性较差。泡沫形态和泡沫密度保留率具有一定的相关性，这两个指标表征的泡沫稳定性最好的为甲基椰油酰基牛磺酸钠和椰油酰谷氨酸二钠，较差的为辛酰/癸酰氨丙基甜菜碱和椰油酰胺丙基甜菜碱。泡沫体积稳定性最好的是辛酰/癸酰氨丙基甜菜碱，与泡沫形态和泡沫密度保留率表征的稳定性具有相反的结果，稳泡是一种非常复杂的过程，泡沫性能通常受表面张力、表面活性剂的结构和类型、溶液黏度、pH、静电荷、水硬度等诸多因素的影响，因此，衡量泡沫的稳定性可根据实际应用和需求来选择。