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1、表面活性剂的性质和应用feigeoer摘要表面活性剂在许多工业部门是不可缺少的助剂，并且随着社会工业技术的发展，进一步扩大了它在各个领域的应用。本文着重概述了表现活性剂的基本结构、特性及其应用情况。关键词表面活性剂性能应用表面活性剂是分子中带有性质不同的亲水（或疏油）基和疏水（或亲油）基的两亲结构化合物，是与乳化、增溶、分散、润湿、起泡等界面现象有关的重要化学物质，是种功能性精细的化合物。近年来，随着化工工业的发展，人们在普通表面活性剂的研究基础上，开始不断的衍生和开发新的活性剂。高分子界面活性剂作为精细化学品在建筑领域中有着广泛的应用,有机硅氟聚合物作为特殊的高分子表面活性剂在新型建材中的应
2、用研究也已引起人们的重视。含氟表面活性剂,特别是高分子量的氟堤高分子表面活性剂的合成和应用,还刚刚起步。由于新型表面活性剂的功能作用及无毒、无二次公害的特性,伴随着人们对它认识的提高,其发展前景必然相当广阔。1 离子型表面活性剂1.1 阴离子型表面活性剂1.1.1 竣酸盐型其通式为（RCoO）ZMeZ+（MeZ+为金属离子，Z为价数），代表品种有：肥皂R-COONa（R为C6-C18）油酸钾Ci7H33COOK硬脂酸铝（Cl7H33COO）3AI1.1.2 硫酸脂盐型其通式为R-O-SO3Me,有以下代表品种：十二烷基硫酸钠J2H25OSO3Na,有良好的乳化、起泡性能，常用于牙膏中。红油和蒙
3、诺波尔油（MOnoPOIe）,是葭麻油硫酸化产物，前者硫酸化程度低，后者较高。梯波尔（TeePOIe）,是QS的-烯燃经硫酸化后制得的产品。1.1.3 酸盐型通式为R-SO3Me,有以下代表品种：烷基苯磺酸钠，以J?为主，是洗衣粉中的有效活性物。它在硬水中不产生沉淀。能耐一定的酸和碱，表面活性也好。其原料来自石油，是目前产量最大的一种合成洗涤剂原料。胰加漂TllgeponT）,是油酰氯和N-甲基牛磺酸钠反应制得的产品，分子式为Ci7H33CO-N（CH3）-CH2CH2-SO3Nao渗透剂OT,渗透剂是磺化琥珀酸双酯型表面活性剂的商品名称，渗透剂OT是其中最著名的，它是具有俩个支链亲油基的另一
4、种形式的磺酸盐型表面活性剂，分子式为C8Hi7OOCCH2IC8Hi7OOCCH-SO3Na。拉开粉（烷基乃磺酸钠），是纺织、印染工业中常用的一种润湿剂。1.1.4 磷酸酯盐型主要用作抗静电剂和乳化剂，一般使用高级醇磷酸酯盐，代表性产品有：高级醇磷酸酯二钠盐，如Ci6H33OPO3Na2等；高级醇磷酸双酯钠盐，如（C12H25O）2PO2Na等。1.2 阳离子型表面活性剂这类表面活性剂分子在水中电离后，表面活性剂离子主体带正电荷，它们都是含氮有机化合物，也就是有机胺的衍生物，常用的是季钱盐。这类表面活性剂洗涤性能差，但杀菌力强，可用于外科手术器械的消毒和油田注水驱油时的杀菌剂。E2作为化纤助剂
5、，它有良好的抗静电性和对加工纤维的柔软性，它亦有良好的染色组剂及沥青和硅油等的乳化剂。代表性产品有：CH3十六烷基三甲基氯化皴CieHas-N-CHsl+CICH3CH3十二烷基二甲基苯亚甲基澳化较CuH25PCH2PH+Br-CH3十六烷基滨化I此噬C16H33*Br1.3 两性离子型表面活性剂两性离子型表面活性剂是由带正、负电荷活性基团组成的表面活性剂。这种表面活性剂溶于水后显示出极为重要的性质：当水溶液偏碱性时，它显示出阴离子活性剂的特性；当水溶液偏酸性时，它显示出阳离子表面活性剂的特性。如果将等量的阴离子表面活性剂和阳离子表面活性剂混合，由于它们的相互作用则可能使它们各自的性能相互抵消
6、。而两性表面活性剂却能灵活自如地显示出两种不同离子活性基团的特性，因此它具有独特应用性能。有的两性离子型表面活性剂在硬水甚至在浓盐水及碱水中也能很好地溶解，并且稳定。这类表面活性剂有杀菌作用，对人体的毒性和刺激性也较小。口用一些典型的产品有：氨基酸型十二烷基氨基丙酸钠Ci2H2SNHCH2CH2COONaCH3甜菜碱型十八烷基二甲基甜菜碱C8H37N-CH2COO-CH32 非离子型表面活性剂非离子型表面活性剂在产量和品种上仅次于阴离子型表面活性剂。它除具有良好的洗涤力外，还有较好的乳化、增溶性及较低的泡沫，在工业组剂中占有非常重要的地位。非离子型表面活性剂在水溶液中不是离子状态，所以稳定性高
7、，不易受强电解质无机盐类的影响，也不易受酸、碱的影响；它与其他类型表面活性剂的相容性好；在水及有机溶剂中皆有较好的溶解性能（视结构的不同而有所差别）。由于它在溶液中不电离，故在一般固体表面上不发生强烈吸附。这类表面活性剂虽在水中不电离，但有亲水基（如氯乙烯基一CdCdO一、醛基一0一、羟基一0H一、或酰胺基一CoNH2等），也有亲油基（如一R）。它包括两大类，即聚乙二醇型（也叫聚氧乙烯型）和多元醇型表面活性剂。2.1 聚乙二醇型表面活性剂这类表面活性剂的亲水性主要是由聚乙二醇基亦即聚氧乙烯基H2CH2Hn所致。氧化乙烯又称环氧乙烷（E0）,能与亲油基上的活泼氢原子结合，并可以按需要结合成任意长
8、度。当多量氧乙烯基结合在亲油基上时，整个分子就变成水溶性的了，结合的氧乙烯基越长水溶性就越好。如果适当地控制氧乙烯基长度，就可以制成有油溶性（EO在5mol以下）到水溶性（EO在IOmol以上）的各种非离子型表面活性剂，因而可制成的品种规格极多，用途也极为广泛。这类表面活性剂在无水状态时是锯齿形的长链分子，但溶于水后则成为曲折形，亲水性的氯原子被水分子拉出来处于链的外侧，亲油性的一CH2一基处于里面，因而链周围就变得容易与水结合，从总体来看，好像是亲水性基团，显示出相当大的亲水性。2.1.1 平平加（Peregal）型表面活性剂平平加是商品名，其化学成分为脂肪醇聚氧乙烯酸，也叫聚氧乙烯烷基醇惟
9、，其通式为R-OfCH2CH2O）nH,R中的碳原子数在818之间，n在145之间。2.1.2 OP型表面活性剂OP型表面活性剂的化学成分为烷基苯酚聚氧乙烯酸，也叫聚氧乙烯烷基苯酚酸，其通式为R-PH-O（CH2CH2OH,R中的碳原子数在812之间，n在115之间。当n=810时，其水溶液的表面张力最低，润湿力最强。2.1.3 P型表面活性剂P型表面活性剂是苯酚同环氯乙烷的加成产物，其通式为PHO（CH2CH2O）hH,n一般在140之间。聚氧乙烯的个数通常用数字表示在P的后面，如P-30。2.1.4 Plurnoic型表面活性剂Plurnoic型表面活性剂是聚丙二醇和环氧乙烷的加成产物，最
10、初以“聚醛”商品名出现，故称之为聚雄型非离子表面活性剂，CH3HOtCH2CH2OMCH2CHOtCH2CH2OicH亲水基亲油基 亲水基亲油基被夹在两端的亲水基之中。分子量100o2500的聚丙二醇可做亲油基。工业上习惯于用4个数字表示这一类表面活性剂，如“2070”，其分子式中a=c=53,b=3404个数字中的头两位数20表示该化合物的分子量约2000,后两位数70表示聚氧乙烯部分的分子量占整个分子量的70%o2.1.5 脂肪酸一聚氯乙烯型表面活性剂脂肪酸一聚氯乙烯型表面活性剂的通式为RCOOKH2CH2OH,R一般有1218个碳原子。2.1.6 其他聚乙二醇型表面活性剂除上述5种聚乙二
11、醇型非离子表面活性剂外，还有脂肪酰胺-聚氧乙烯等，通式为RN-(CH2CH2OfeH+CH2CH2O括H,R一般有1218个碳原子，m和n的数值不一定相同，通常都不相等。2.2 多元醇型这类表面活性剂的亲水基主要是羟基，但也有不少是混合型的，即在多元醇的某个羟基上再接上一个聚氯乙烯链。它们主要是脂肪酸与多羟基醇作用而生成的酯。下面列举几种常见的类型。2.2.1 司潘型(Span)司潘型表面活性剂是山梨醇酎和各种脂肪酸形成的酯。不同的脂肪酸决定了不同的商品牌号，如：司潘-20是失水山梨醇和月桂酸生成的酯；司潘-40是失水山梨醇与棕桐酸生成的酯。这类表面活性剂都是油溶性的，国内生产的为“乳化剂S”
12、系列产品。2.2.2 吐温型(TWeen)司潘型表面活性剂不溶于水。如欲使其水溶，可在未酯化的羟基上接聚氧乙烯，从而成为相应的吐温型。例如，吐温-80就是由司潘-80改性的。这类表面活性剂在国内生产的为“乳化剂丁系列产品。因为它们无毒，主要用于食品工业和医药工业。3 其他表面活性剂3.1 高分子表面活性剂分子量在数千到1万以上并具有表面活性的物质，一般称作高分子表面活性剂。对于高分子表面活性剂并无严格的定义，因为高分子化合物多数都具有表面活性，但不是很高。最早使用的高分子表面活性剂是天然海藻酸钠和各种淀粉。此后，合成高分子表面活性剂产品的开发和应用不断取得进展，。高分子表面活性剂的性质不仅与分
13、子量有关，而且与构成高聚物的单体的组成有关。高分子表面活性剂一般具有以下特征。降低表面张力（界面张力）的能力小，多数不形成胶束；由于分子量高，故渗透力弱；起泡力差，但所形成的泡沫稳定；乳化力好；分散力或凝聚力优良；多数低毒。性能不如低分子表面活化剂，性能优于低分子表面活性剂。基于上述特征，高分子表面活性剂有以下用途：1）由于高分子有提高溶液黏度的作用，故高分子表面活化剂适于作增黏剂、凝胶剂；2）高分子表面活性剂有改变流变学的特性，可作颜料、油墨等的粘弹性调整剂；3）高分子表面活性剂有黏着性及强度，可作黏结剂、结合剂和纸张增强剂；4）高分子表面活性剂易在粒子表面上吸附，可根据其浓度而分别用作凝聚
14、剂、分散剂、胶体稳定剂；5）高分子表面活性剂乳化力好，可作乳化剂；6）高分子表面活性剂还可作保湿剂、抗静电剂、消泡剂、润滑剂等。3.2 氟表面活性剂。网氟表面活化剂是指在表面活性剂的碳氢链中氢原子部分或全部被氟原子取代了的表面活性剂，例如：全氟辛酸钾CF3（CF2）6COOK+全氟癸基磺酸钠CF3（CF2）8CF2SO3Na+这类表面活性剂的特点是：（1）其表面活性比碳原子数和极性基团相同的碳氢表面活性剂大得多，亦即其亲油性比碳氢链强；（2）碳氟链不但憎水而且憎油，因此，全氟表面活性剂不仅能大大降低水的表面张力，还能降低碳氢化合物液体的表面张力。这类表面活性剂有高度的化学稳定性和表面活性，故耐
15、强酸、强碱、强氧化剂和高温,可作镀铭电解槽中的铝酸雾防逸剂；在“轻水”配方中作为油类及汽油火灾的高效灭火剂：作氟高分子单体乳胶的乳化剂；作既防水又防油的纺织品、纸张及皮革的表面涂敷剂；还可用于抑制挥发性有机溶剂的蒸发。3.3 有机硅表面活性剂n有机硅表面活性剂是20世纪60年代问世的一种新型特殊表面活性剂。它的分子结构与一般碳氢表面活性剂相似，也是由亲水基、中间连接基及亲油基组成。所不同的是亲油基部分中的碳氢链被含硅烷、硅亚甲基系或含硅氧烷链取代，成为有机硅表面活性剂的憎水基。而亲水基与碳氢表面活性剂一样，也有阴，阳离子、非离子型的各种基团。这类表面活性剂憎水性较强，不长的硅氧烷链就能使化合物
16、具有表面活性。例如，（CH3）3Si-O-Si（CH3）2CH2-S-CH2COOH就具有明显的表面活性。在有机硅表面活性剂的分子结构中，既含有有机基团又含有硅元素，因而这种表面活性剂除具有二氧化碳的耐高温、耐气候老化、无毒、无腐蚀、生理惰性等特点外，又具有碳氢表面活性剂的较高表面活性、乳化、分散、润湿、抗静电、消泡、稳泡、起泡等性能。目前合成的有机硅表面活性剂有下列几类。(1) 聚醒改性有机硅表面活性剂。在憎水性的聚硅氧烷分子中嵌段或接枝亲水性的聚酸基团，可生成亲水性的聚硅氧烷一聚酸共聚物，其亲水一憎水性能可以通过结合聚酸量的多少来调节。(2) 含硫酸盐或磺酸盐化合物的有机硅表面活性剂。这类
17、活性剂的合成方法是，先将硅烷或含氢硅氧烷加成到不饱和的环氧化合物上生成环氧有机硅烷，而后再与亚硫酸盐反应。其代表化合物如：CH3OHII(CH3)3SiCH7-Si-C3H6-O-CH3-CH-SO3Na(3) 有机硅季铁盐化合物。其合成方法为，含SiH键化合物在氯伯酸或伯黑催化下加成到卤代烯燃上，生成有机硅烷，然后再在惰性溶剂中与叔胺反应而得，属于阳离子有机硅表面活性剂。11(CH3)3SiOSi(CH3)2n(CH2)3N+(CH3)3-Ck(n=3,4等)、(CH3CH2CH2CH2)3Si(CH2)3N+(CH3)3C1等。有机硅表面活性剂的用途十分广泛，主要有6个方面。(1) 纺织品
18、柔软剂、整理剂。可处理天然织物、化纤和混纺纤维，处理后的纤维摩擦力小、吸湿性好、易加工而无断丝，具有黏合力，手感柔软。具有环氧基团的共聚物整理剂还有使纤维具有抗静电、耐污染及容易洗涤等优点。(2) 泡沫稳定剂、消泡剂。分子结构不同的硅表面活性剂，有的有稳泡作用，有的有消泡作用。前者可用于聚氨酯泡沫体生产及泡沫灭火剂中，后者用于油漆、甲基纤维素溶液、燃料、润滑油、液压流体、维生素生产中。(3) 洗涤剂、化妆品。作为洗涤剂的有机硅表面活性剂具有低泡、高效等特点，可制成碗碟洗涤剂、皮革洗涤剂；用于玻璃的清洗，可使玻璃具有抗静电、抗起雾性能；用于洗发及修饰头发，不仅易于梳理和保持发型持久，而且使头发有
19、丝绸般的光泽和柔软感，用时对皮肤无刺激性。(4) 破乳剂、乳化剂。有机硅表面活性剂可用于原油破乳、防蜡阻塞。它作为乳化剂专用于护理化妆品。(5) 涂料。有机硅表面活性剂可作为涂料涂于木质、塑料、陶瓷、金属等表面，还可涂敷一些特殊用途的涂层，如热敏基片涂层、压力灵敏涂层、辐射处理涂层、皮革代用品表面涂层、透明塑料薄板抗静电涂层等。(6) 生产用助剂。有机硅表面活性剂还可作润滑脱模剂、抛光剂、防雾剂等。4新型表面活性剂Gemini表面活性剂是新代的表面活性剂,所具有的独特的优越性能预示着Gemini表面活性剂将会为表面活性剂应用领域带来新的变革。目前,Gemini表面活性剂的生产成本还比较高,大规
20、模推广应用还有一定距离。对于BoIa表面活性剂，改进其生产工艺，发挥其不可替代的性能优势已成为当前Bola表面活性剂研究开发的重要任务。口。】4.1 Gemini表面活性剂(geminisurfactant)Gemini表面活性剂常译为二聚表面活性剂，双子或挛连表面活性剂。闺它是由一个桥连基团连接两个相同的两亲部分构成的表面活性剂,类似于两个普通的相同表面活性剂分子以一桥连键连接而成。但值得注意的是，联接基团应在极性头基或靠近极性头基处相连接。Gemini表面活性剂有很高的表面活性,其CMC值常比构成Gemini表面活性剂的普通表面活性剂的CMC低约IO2倍，YCMC可低510mNm,离子型G
21、emini表面活性剂的Krafft点常低于OC。它常与其他表面活性剂混合使用，有良好的协同效应。一般来说，桥连基团柔性好，亲水性强，且有一定长度时，在界面上桥连基团可适当弯曲，Gemini分子排列的可较为紧密，表面张力降低的明显。UU除此之外,双子表面活性剂还表现出较好的加溶性、润湿性、泡沫性、钙皂分散性,当联结基团为亲水性时具有很低的Krafft温度等特性。口2）双子表面活性剂是一类具有高的表面活性和强的聚集行为的新型表面活性剂，近几年，对这类表面活性剂的合成及理论研究一直是表面及胶体科学领域的热点课题。利用廉价原料、寻求简单的合成路线合成新型Gemini表面活性剂是实现工业化的决定因素；根
22、据构效关系对表面活性剂分子进行设计，将使Gemini表面活性剂在诸多新领域发挥其独特的作用。总之，双子表面活性剂是极具应用前景的。4.2 BOla表面活性剂两亲水基间连接疏水链而形成的双亲水端基的表面活性剂。BoIa表面活性剂表面活性不高（CMC和YCMC都大），但Krafft点较低，溶解性能好。与传统的表面活性剂相比，Bola型表面活性剂溶液的表面张力有以下两个显著特点:第一,降低水表面张力的能力不是很强。这可能是因为Bola型化合物具有两个亲水基,表面吸附分子在溶液表面将采取U型构象,即两个亲水基伸入水中,弯曲的疏水链伸向气相。于是构成溶液表面吸附层的最外层是亚甲基;而亚甲基降低水的表面张
23、力的能力弱于甲基,所以,Bola型化合物降低水的表面张力的能力较差。第二,Bola型化合物的表面张力浓度曲线往往出现两个转折点。在溶液浓度大于第二转折点后溶液表面张力保持恒定。此两个转折点被称为第一CMC（或称CDC,criticaldimerconcentration）和第二CMC（或称CMC）o实验表明第二CMC以前溶液中几乎没有形成有加溶能力的胶束。【诩BoIa表面活性剂在生物膜模拟方面有良好的应用前景。如在水中，可以形成BoIa化合物的单分子层囊泡,构成高热稳定性的模拟类脂膜;可参与普通两亲化合物形成的双层脂膜，以改善其稳定性；或形成连接双层类脂膜的离子或电子通道。Bola表面活性剂形
24、成的有序聚集体作为化学反应的微环境在催化、纳米材料模板合成、药物缓释等方面已有应用研究的报道尽管对于Bola型化合物的基本性质有了初步的了解,但国内外对Bola的研究仍然较少,目前的工作主要集中在不同结构Bola型化合物的合成及其聚集行为的研究上。参考文献1,沈钟，赵振国，王果庭.胶体与表面化学.北京：化学工业出版社.20062,郭东红.我国油田化学品的现状与发展前景.精细与专用化学品.2007,13(15):1-43,喻国敏,宋伟明，邓启刚.磷酸酯两性表面活性剂的合成及性能.齐齐哈尔大学学报.2007,1(23):794,陈丽，周美华.氨基酸表面活性剂研究动态J.精细与专用化学品.2004,
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26、12911,赵剑曦.化学进展.1999(11)：34812,丁运生，查敏，王僧山Gemini表面活性剂的性质与应用J高分子材料科学与工程.2005,21(6):2413,姜宇麟，栾吉梅BOla型表面活性剂.精细与专用化学品.2006,14(24)：141914,吕庆，汞浩飞，刘鸣华.化学进展.2001,13：161PropertiesAndApplicationsOfSurfactantsAbstract:Surfactantsaresuitableformanyindustrialcompany,andwiththedevelopmentofsocialindustries,theyhavebeenusedsensitivelyforlotsofareas.Surfactants*substainlcomposition,propertiesandapplicationaremerelydiscussed.Keywords:SurfactantsPropertiesApplication
