表面活性劑
表面活性劑近十幾年來，我國表面活性劑工業(yè)得到迅速發(fā)展，產(chǎn)量不斷擴(kuò)大，品種不斷增多。據(jù)統(tǒng)計，1980年全國合成洗滌用品產(chǎn)量為39.32×104t，1989年增加到146.5×104t，10年間增加了3.73倍ElJ，到1996年又猛增到441.36×104t，比1989年又增加了3倍。這一方面是由于表面活性劑在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的廣泛應(yīng)用，更重要的是由于日常生活中家用洗滌用品需求量與日俱增。
表面活性劑之間可以互配，也可以和其他助劑在一起配制成用途各異的液體或固體洗滌劑；從工業(yè)上說，有各種品牌的重垢清洗劑，用于清洗印刷、機(jī)械加工、石油化工、紡織印染、交通運(yùn)輸?shù)仍O(shè)備。從生活上說，有果蔬、餐具清洗劑、洗發(fā)劑、沐浴液、家具增光劑、液體洗衣劑等。除此之外很多新面市的洗衣粉都含有一種或幾種性能優(yōu)異的表面活性劑，達(dá)到理想的增白洗滌效果。可以說表面活性劑為我們提供了極大的方便，它已深深地溶入了我們的社會，走進(jìn)了我們的生活。
表面活性劑是一類在很低濃度時能顯著降低水的表面張力的化合物。表面活性劑分子都是由非極性的、親油的碳?xì)滏湶糠趾蜆O性的親水基團(tuán)兩部分構(gòu)成。這兩部分形成不對稱結(jié)構(gòu)，因此表面活性劑是兩親分子，具有又親油又親水的兩親性質(zhì)。并不是所有具有兩親結(jié)構(gòu)的分子都是表面活性劑，例如，丙酸、丁酸都具有兩親結(jié)構(gòu)，就不是表面活性劑，而只是具有表面活性而已。只有疏水基足夠大的兩親分子，一般來說碳鏈長度大于8個碳原子時，才顯示表面活性劑的特性。
在洗滌過程中表面活性劑在水和油污之間形成獨(dú)特的定向排列，若干個溶質(zhì)分子或離子締合成肉眼看不見的聚集體，這些聚集體是以非極性基團(tuán)(親油基)為核，里面包裹著油污，以極性基團(tuán)(親水基)為外層的分子有序組合體，我們把它稱之為膠團(tuán)。膠團(tuán)形成以后，它的內(nèi)核相當(dāng)于碳?xì)溆臀⒌危哂腥苡偷哪芰Γ拐麄€溶液表現(xiàn)出既溶水又溶油的能力。緊緊吸附著油污的膠團(tuán)在機(jī)械力的作用下與載體(衣物)分開，并懸浮于水中，由于載體表面粘附著洗滌液，油污不會再返回到衣物表面，達(dá)到清洗的效果。實際上表面活性劑的洗滌性，包括了它的潤濕性、溶油性、滲透性、乳化性、分散性、增溶性和發(fā)泡性等幾乎全部基本特征。
表面活性劑的分類及其性質(zhì)
在表面活性劑科學(xué)中廣泛采用的是按照其在水中，親水基是否電離分為離子型和非離子型表面活性劑兩大類。離子型又可按照離子的電性分為陰離子型表面活性劑、陽離子型表面活性劑和兩性離子型表面活性劑3種。此外還有近年發(fā)展較快的，既有離子型親水基又有非離子型親水基的混合型表面活性劑。下面分別加以介紹：
1．陰離子型
憎水基主要為烷基、異烷基、烷基苯等，親水基主要有鈉鹽、鉀鹽、乙醇胺鹽等水溶性鹽類。陰離子型表面活性劑主要有，羧酸鹽(RCOO-M+)、烷基硫酸酯鹽(ROSO3-M+)、烷基磷酸酯鹽(ROPO3-M+)、烷基磺酸鹽(RSO3-M+)等。
2．陽離子型
幾乎所有的陽離子表面活性劑都是含氮化合物，就是有機(jī)胺的衍生物。主要有季銨鹽、烷基吡啶翁。以十六烷基三甲基氯化銨為例，表示為：
陽離子表面活性劑可以作為殺菌劑，也有柔軟、脫脂、破乳、抗靜電作用。一般來說它不具備去污能力，不能和陰離子表面活性劑配伍使用。
3．兩性型
分子中帶有兩個親水基團(tuán)，一個帶正電，一個帶負(fù)電，正電性基團(tuán)主要是含氮基團(tuán)(或用硫和磷取代氮的位置)。負(fù)電基團(tuán)主要是羧基和磺酸基。甜菜堿類[RN+(CH3)2CH2COO-]，氨基丙酸類?(RN+H2CH2CH2COO-)，牛磺酸類?[RN+(CH3)2(CH2)2SO3-]和咪唑啉類是4類重要的兩性型表面活性劑。它們具有抗靜電、柔軟、殺菌和調(diào)理等作用，尤其是咪唑衍生物和甜菜堿衍生物更有實用價值，具有低刺激性、耐硬水力強(qiáng)、水溶性好等優(yōu)點。因此廣泛應(yīng)用于嬰兒香波、洗發(fā)香波中，它們可以和各類表面活性劑配合使用。
4．非離子型
它的極性基不帶電，在水溶液中不電離，并且不受強(qiáng)電解質(zhì)、強(qiáng)酸、強(qiáng)堿的影響，穩(wěn)定性高，與其他類型的表面活性劑相溶性好。非離子型表面活性劑主要有：脂肪醇聚氧乙烯醚[RO(CH2CH2O)nH]，?n＝l～5，一般采用脂肪醇和環(huán)氧乙烷直接縮合而成；烷基醇酰胺類[RCON(CH2CH2OH)2]，由脂肪酸與乙醇胺類直接縮合而成；多元醇類化合物(如蔗糖、山梨糖醇、甘油醇的衍生物)等。另外還有聚氧乙烯、聚氧丙烯生成的聚合型表面活性劑及烷基多苷類表面活性劑。<br />
非離子表面活性劑在洗滌用品中經(jīng)常使用，常和離子型表面活性劑復(fù)配使用，主要用作發(fā)泡劑、穩(wěn)泡劑、乳化劑、增溶劑和調(diào)理劑等多種用途。當(dāng)做為一種主要成分和陰離子表面活性劑配合使用時，即使加入量很少，也能大大增加體系的去污能力，這是因為它對油污良好的乳化能力和增溶能力決定的。
5．混合型
這種活性劑的分子帶有兩種親水基團(tuán)，一種帶電，一種不帶電。醇醚硫酸鹽(CH2CH2O)nSO4M(AES)就是這樣一類表面活性劑，其中?n＝1～5。兩種親水基分別是非離子的聚氧乙烯基和陰離子的硫酸根，雖然一般分類仍把這種表面活性劑歸屬于陰離子表面活性劑，但從水溶性、耐鹽性、抗硬水性來講要比陰離子表面活性劑-烷基硫酸鹽要好得多。
就上面5種類型的表面活性劑而言，非離子型的表面活性較大，兩性型的次之，離子型的較小。雖然這樣，但它們在各種配方的使用中，只要配合得當(dāng)，都能發(fā)揮出意想不到的作用。
表面活性劑的發(fā)展趨勢
在表面活性劑給人們的生活，給工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)帶來極大方便的同時，也給我們的環(huán)境帶來了污染。這是世界性的問題，尤其在我國更應(yīng)重視，解決的好壞關(guān)系到我國能否走可持續(xù)發(fā)展的道路問題。據(jù)有關(guān)方面報道，我國的江湖，例如淮河、遼河、松花江、巢湖、太湖、滇池的水污染已直接影響到人們的生活。其中滇池污染已經(jīng)證明是由于居民大量使用含磷洗滌劑造成，水質(zhì)嚴(yán)重富營養(yǎng)化，清澈透明的湖水變得烏黑、發(fā)臭。三聚磷酸鈉(Na5P3O10)是洗滌劑常用的助洗劑，它能與鈣、鎂、鐵等離子生成溶于水的絡(luò)合物，起到軟化水的作用，還能在?pH＝4.3～14的范圍內(nèi)有較強(qiáng)的緩沖作用，調(diào)解?pH值，保證洗滌效果。如果不是污染的緣故，它是理想的助洗劑。為了改變這種狀況，環(huán)保部門已采取措施，限制含磷洗滌劑的生產(chǎn)、銷售。但真正解決尚需時日，目前已有廠家用4A沸石代替三聚磷酸鈉。因此活性劑和其他助劑的發(fā)展應(yīng)該滿足環(huán)保、對人安全和節(jié)能的要求，其發(fā)展趨勢可以概括為以下幾點：
1．表面活性劑要易于生物降解，原料可再生，廣泛使用后，對環(huán)境無污染，對人、畜安全溫和。長鏈烷基多苷(APG)和直鏈?zhǔn)榛交撬徕c(LAS)就是很有希望的兩種表面活性劑。APG是新發(fā)展的，原料可再生的表面活性劑，并且有很好的生物降解性。LAS是一種老產(chǎn)品，最近研究證明，經(jīng)廢水廠處理后，生物降解度為98％，達(dá)到了環(huán)保要求。
2．表面活性劑要高效、多功能，除有清潔作用外，還要有抑菌、殺菌、滋潤皮膚等作用，并應(yīng)不斷開發(fā)新用途。化妝品用表面活性劑就是近年新開發(fā)出的，它對產(chǎn)品的要求更高，更嚴(yán)格，例如抗衰老、皮膚保濕、去皺、增白等。化妝品的活性成分通過皮膚的吸收后影響機(jī)體的新陳代謝，達(dá)到真正的美容，效果要能感覺到或看到。毗咯烷酮羧酸鈉(PCA)是化妝品天然保濕因子，有抗衰老、去皺的作用，因此?PCA被廣泛應(yīng)用于高檔化妝品中。作為乳化劑的表面活性劑，在化妝品的乳液應(yīng)用上非常重要，主要集中在非離子表面活性劑和高分子乳化劑上。化妝品乳液包括雙重乳液；W／O、O／W、液晶相，多重乳液；W／O／W、O／W／O、微乳液等。主要產(chǎn)品有洗面奶、潤膚露、清潔乳等。這個領(lǐng)域?qū)⒉粩嘤行庐a(chǎn)品問世。
3．耐硬水、低溫洗滌效果好，濃縮的表面活性劑洗滌用品是一個發(fā)展方向，這包括濃縮洗衣粉和濃縮液體洗滌劑。顯而易見，節(jié)約包裝、降低運(yùn)費(fèi)、占地少，對環(huán)保，對廠家，對消費(fèi)者都有好處。目前一些發(fā)達(dá)國家已在大力推廣并取得成效，我國廠家也正朝這個方向努力。室溫洗滌是消費(fèi)者的普遍要求，這個問題在我國并沒有解決，如大量使用的餐具洗滌劑，冷水洗滌效果不如溫水，溫水不如熱水好。這對使用者雖然已是司空見慣，但對廠家和科研部門應(yīng)是一個要著力解決的問題。
表面活性劑是一大類物質(zhì)，據(jù)統(tǒng)計有1000多種，今后還將有新品種研究開發(fā)出來，常用的有150多種。它們與我們生活息息相關(guān)，影響和改變著我們的生活。
表面活性劑之間可以互配，也可以和其他助劑在一起配制成用途各異的液體或固體洗滌劑；從工業(yè)上說，有各種品牌的重垢清洗劑，用于清洗印刷、機(jī)械加工、石油化工、紡織印染、交通運(yùn)輸?shù)仍O(shè)備。從生活上說，有果蔬、餐具清洗劑、洗發(fā)劑、沐浴液、家具增光劑、液體洗衣劑等。除此之外很多新面市的洗衣粉都含有一種或幾種性能優(yōu)異的表面活性劑，達(dá)到理想的增白洗滌效果。可以說表面活性劑為我們提供了極大的方便，它已深深地溶入了我們的社會，走進(jìn)了我們的生活。
表面活性劑是一類在很低濃度時能顯著降低水的表面張力的化合物。表面活性劑分子都是由非極性的、親油的碳?xì)滏湶糠趾蜆O性的親水基團(tuán)兩部分構(gòu)成。這兩部分形成不對稱結(jié)構(gòu)，因此表面活性劑是兩親分子，具有又親油又親水的兩親性質(zhì)。并不是所有具有兩親結(jié)構(gòu)的分子都是表面活性劑，例如，丙酸、丁酸都具有兩親結(jié)構(gòu)，就不是表面活性劑，而只是具有表面活性而已。只有疏水基足夠大的兩親分子，一般來說碳鏈長度大于8個碳原子時，才顯示表面活性劑的特性。
在洗滌過程中表面活性劑在水和油污之間形成獨(dú)特的定向排列，若干個溶質(zhì)分子或離子締合成肉眼看不見的聚集體，這些聚集體是以非極性基團(tuán)(親油基)為核，里面包裹著油污，以極性基團(tuán)(親水基)為外層的分子有序組合體，我們把它稱之為膠團(tuán)。膠團(tuán)形成以后，它的內(nèi)核相當(dāng)于碳?xì)溆臀⒌危哂腥苡偷哪芰Γ拐麄€溶液表現(xiàn)出既溶水又溶油的能力。緊緊吸附著油污的膠團(tuán)在機(jī)械力的作用下與載體(衣物)分開，并懸浮于水中，由于載體表面粘附著洗滌液，油污不會再返回到衣物表面，達(dá)到清洗的效果。實際上表面活性劑的洗滌性，包括了它的潤濕性、溶油性、滲透性、乳化性、分散性、增溶性和發(fā)泡性等幾乎全部基本特征。
表面活性劑的分類及其性質(zhì)
在表面活性劑科學(xué)中廣泛采用的是按照其在水中，親水基是否電離分為離子型和非離子型表面活性劑兩大類。離子型又可按照離子的電性分為陰離子型表面活性劑、陽離子型表面活性劑和兩性離子型表面活性劑3種。此外還有近年發(fā)展較快的，既有離子型親水基又有非離子型親水基的混合型表面活性劑。下面分別加以介紹：
1．陰離子型
憎水基主要為烷基、異烷基、烷基苯等，親水基主要有鈉鹽、鉀鹽、乙醇胺鹽等水溶性鹽類。陰離子型表面活性劑主要有，羧酸鹽(RCOO-M+)、烷基硫酸酯鹽(ROSO3-M+)、烷基磷酸酯鹽(ROPO3-M+)、烷基磺酸鹽(RSO3-M+)等。
2．陽離子型
幾乎所有的陽離子表面活性劑都是含氮化合物，就是有機(jī)胺的衍生物。主要有季銨鹽、烷基吡啶翁。以十六烷基三甲基氯化銨為例，表示為：
陽離子表面活性劑可以作為殺菌劑，也有柔軟、脫脂、破乳、抗靜電作用。一般來說它不具備去污能力，不能和陰離子表面活性劑配伍使用。
3．兩性型
分子中帶有兩個親水基團(tuán)，一個帶正電，一個帶負(fù)電，正電性基團(tuán)主要是含氮基團(tuán)(或用硫和磷取代氮的位置)。負(fù)電基團(tuán)主要是羧基和磺酸基。甜菜堿類[RN+(CH3)2CH2COO-]，氨基丙酸類?(RN+H2CH2CH2COO-)，牛磺酸類?[RN+(CH3)2(CH2)2SO3-]和咪唑啉類是4類重要的兩性型表面活性劑。它們具有抗靜電、柔軟、殺菌和調(diào)理等作用，尤其是咪唑衍生物和甜菜堿衍生物更有實用價值，具有低刺激性、耐硬水力強(qiáng)、水溶性好等優(yōu)點。因此廣泛應(yīng)用于嬰兒香波、洗發(fā)香波中，它們可以和各類表面活性劑配合使用。
4．非離子型
它的極性基不帶電，在水溶液中不電離，并且不受強(qiáng)電解質(zhì)、強(qiáng)酸、強(qiáng)堿的影響，穩(wěn)定性高，與其他類型的表面活性劑相溶性好。非離子型表面活性劑主要有：脂肪醇聚氧乙烯醚[RO(CH2CH2O)nH]，?n＝l～5，一般采用脂肪醇和環(huán)氧乙烷直接縮合而成；烷基醇酰胺類[RCON(CH2CH2OH)2]，由脂肪酸與乙醇胺類直接縮合而成；多元醇類化合物(如蔗糖、山梨糖醇、甘油醇的衍生物)等。另外還有聚氧乙烯、聚氧丙烯生成的聚合型表面活性劑及烷基多苷類表面活性劑。<br />
非離子表面活性劑在洗滌用品中經(jīng)常使用，常和離子型表面活性劑復(fù)配使用，主要用作發(fā)泡劑、穩(wěn)泡劑、乳化劑、增溶劑和調(diào)理劑等多種用途。當(dāng)做為一種主要成分和陰離子表面活性劑配合使用時，即使加入量很少，也能大大增加體系的去污能力，這是因為它對油污良好的乳化能力和增溶能力決定的。
5．混合型
這種活性劑的分子帶有兩種親水基團(tuán)，一種帶電，一種不帶電。醇醚硫酸鹽(CH2CH2O)nSO4M(AES)就是這樣一類表面活性劑，其中?n＝1～5。兩種親水基分別是非離子的聚氧乙烯基和陰離子的硫酸根，雖然一般分類仍把這種表面活性劑歸屬于陰離子表面活性劑，但從水溶性、耐鹽性、抗硬水性來講要比陰離子表面活性劑-烷基硫酸鹽要好得多。
就上面5種類型的表面活性劑而言，非離子型的表面活性較大，兩性型的次之，離子型的較小。雖然這樣，但它們在各種配方的使用中，只要配合得當(dāng)，都能發(fā)揮出意想不到的作用。
表面活性劑的發(fā)展趨勢
在表面活性劑給人們的生活，給工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)帶來極大方便的同時，也給我們的環(huán)境帶來了污染。這是世界性的問題，尤其在我國更應(yīng)重視，解決的好壞關(guān)系到我國能否走可持續(xù)發(fā)展的道路問題。據(jù)有關(guān)方面報道，我國的江湖，例如淮河、遼河、松花江、巢湖、太湖、滇池的水污染已直接影響到人們的生活。其中滇池污染已經(jīng)證明是由于居民大量使用含磷洗滌劑造成，水質(zhì)嚴(yán)重富營養(yǎng)化，清澈透明的湖水變得烏黑、發(fā)臭。三聚磷酸鈉(Na5P3O10)是洗滌劑常用的助洗劑，它能與鈣、鎂、鐵等離子生成溶于水的絡(luò)合物，起到軟化水的作用，還能在?pH＝4.3～14的范圍內(nèi)有較強(qiáng)的緩沖作用，調(diào)解?pH值，保證洗滌效果。如果不是污染的緣故，它是理想的助洗劑。為了改變這種狀況，環(huán)保部門已采取措施，限制含磷洗滌劑的生產(chǎn)、銷售。但真正解決尚需時日，目前已有廠家用4A沸石代替三聚磷酸鈉。因此活性劑和其他助劑的發(fā)展應(yīng)該滿足環(huán)保、對人安全和節(jié)能的要求，其發(fā)展趨勢可以概括為以下幾點：
1．表面活性劑要易于生物降解，原料可再生，廣泛使用后，對環(huán)境無污染，對人、畜安全溫和。長鏈烷基多苷(APG)和直鏈?zhǔn)榛交撬徕c(LAS)就是很有希望的兩種表面活性劑。APG是新發(fā)展的，原料可再生的表面活性劑，并且有很好的生物降解性。LAS是一種老產(chǎn)品，最近研究證明，經(jīng)廢水廠處理后，生物降解度為98％，達(dá)到了環(huán)保要求。
2．表面活性劑要高效、多功能，除有清潔作用外，還要有抑菌、殺菌、滋潤皮膚等作用，并應(yīng)不斷開發(fā)新用途。化妝品用表面活性劑就是近年新開發(fā)出的，它對產(chǎn)品的要求更高，更嚴(yán)格，例如抗衰老、皮膚保濕、去皺、增白等。化妝品的活性成分通過皮膚的吸收后影響機(jī)體的新陳代謝，達(dá)到真正的美容，效果要能感覺到或看到。毗咯烷酮羧酸鈉(PCA)是化妝品天然保濕因子，有抗衰老、去皺的作用，因此?PCA被廣泛應(yīng)用于高檔化妝品中。作為乳化劑的表面活性劑，在化妝品的乳液應(yīng)用上非常重要，主要集中在非離子表面活性劑和高分子乳化劑上。化妝品乳液包括雙重乳液；W／O、O／W、液晶相，多重乳液；W／O／W、O／W／O、微乳液等。主要產(chǎn)品有洗面奶、潤膚露、清潔乳等。這個領(lǐng)域?qū)⒉粩嘤行庐a(chǎn)品問世。
3．耐硬水、低溫洗滌效果好，濃縮的表面活性劑洗滌用品是一個發(fā)展方向，這包括濃縮洗衣粉和濃縮液體洗滌劑。顯而易見，節(jié)約包裝、降低運(yùn)費(fèi)、占地少，對環(huán)保，對廠家，對消費(fèi)者都有好處。目前一些發(fā)達(dá)國家已在大力推廣并取得成效，我國廠家也正朝這個方向努力。室溫洗滌是消費(fèi)者的普遍要求，這個問題在我國并沒有解決，如大量使用的餐具洗滌劑，冷水洗滌效果不如溫水，溫水不如熱水好。這對使用者雖然已是司空見慣，但對廠家和科研部門應(yīng)是一個要著力解決的問題。
表面活性劑是一大類物質(zhì)，據(jù)統(tǒng)計有1000多種，今后還將有新品種研究開發(fā)出來，常用的有150多種。它們與我們生活息息相關(guān)，影響和改變著我們的生活。
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