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行业基础
表面活性剂
2016-06-12 14:39:54 来源:互联网整理 作者: 【 】 浏览:1390次 评论:0

什么是表面活性剂

  表面活性剂是指那些具有很强表面活性、能使液体的表面张力显著下降的物质。表面活性剂分子一般由非极性烃链和一个以上的极性基团组成,烃链长度一般在8个碳原子以上,极性基团可以是解离的离子,也可以是不解离的亲水基团。极性基团可以是羧酸及其盐、磺酸及其盐、硫酸酯及其可溶性盐﹑磷酸酯基﹑氨基或胺基及它们的盐,也可以是羟基、酰胺基、醚键﹑羧酸酯基等。如肥皂是脂肪酸类(R-COO-)表面活性剂,其结构中的脂肪酸碳链(R-)为亲油基团,解离的脂肪酸根(COO-)为亲水基团。

表面活性剂的分类

  表面活性剂的种类很多,其分类方法亦各不相同,如可依据离子类型、溶解性、应用功能、结构等分类。但通常根据表面活性剂分子在水溶液中离解与否将其分成离子型和非离子型两大类。离子型表面活性剂按其所带电荷种类,又可分为阴离子、阳离子和两性离子表面活性剂。

  1.阴离子表面活性剂

  阴离子表面活性剂是发展历史最悠久、产量最大、品种最多、应用最广的一类表面活性剂。其分子一般由长链烃基(C10~C20)及亲水基羧酸基、磺酸基、硫酸基或磷酸基组成。其中产量最大、应用最广的阴离子表面活性剂是亲水基为磺酸盐型,其次是硫酸(酯)盐型。阴离子表面活性剂具有极好的去污、发泡、润湿、分散、乳化等性能,所以应用非常广泛,主要用作洗涤剂、润湿剂、乳化剂、发泡剂、增溶剂等。

  2.阳离子表面活性剂

  与各种类型表面活性剂相比,阳离子表面活性剂的调整作用最突出,杀菌作用最强,尽管有去污力差,起泡性差,配伍性差、刺激性大,价格昂贵等缺点。阳离子表面活性剂在液体洗涤剂中作为辅助表面活性剂(配方用量很少的调理剂组分)一般用于较高档次产品,主要用于洗发香波。作为调整剂组分在高档次液体洗涤剂洗发香波中不是其他类型表面活性剂所能替代的。常见阳离子表面活性剂品种有十六烷基二甲基氯化铵(1631)、十八烷基三甲基氯化铵(1831)、阳离子瓜尔胶(C-14S)、阳离子泛醇、阳离子硅油、十二烷基二甲基氧化胺(OB-2)等。

  3.两性表面活性剂

  具有两种离子性质的表面活性剂,按化学结构可分为:甜菜碱型、氨基酸型、磷酸酯型、咪唑啉型以及其他如高分子、杂原子类等两性表面活性剂。两性表面活性剂以其独特的多功能性著称,主要特性有:①低毒性和对皮肤、眼睛的低刺激性;②极好的耐硬水性和耐高浓度电解质性,甚至在海水中也可以有效地使用;③良好的生物降解性;④对织物有优异的柔软平滑性和抗静电性;⑤有一定的杀菌性和抑霉性,良好的乳化性和分散性;⑥可与几乎所有其他类型表面活性剂的配伍性,通常会有增效的协同效应;⑦可以吸附在带负电荷或正电荷的物质表面上,而不生成憎水薄层,因此有很好的润湿性和发泡性。

  4.非离子表面活性剂

  具有良好的增溶、洗涤、抗静电、刺激性小、钙皂分散等性能;可应用pH范围比一般离子型表面活性剂更宽广;除去污力和起泡性外,其他性能往往优于一般阴离子表面活性剂。非离子型表面活性剂被广泛应用于药剂学的研究中, 常用作分散剂、乳化剂、混悬剂。在离子型表面活性剂中添加少量非离子表面活性剂,可使该体系的表面活性提高(相同活性物含量之间比较)。主要品种有烷基醇酰胺(FFA)、脂肪醇聚氧乙烯醚(AE)、烷基酚聚氧乙烯醚(APE 或OP)。

表面活性剂的主要作用

  (1)乳化作用:由于油脂在水中表面张力大,当水中滴入油脂后,用力搅拌,油脂被粉碎成细珠状,互相混合成乳浊液,但搅拌停止又重新分层。如果加入表面活性剂,用力搅拌,停止后很长时间内却不易分层,这就是乳化作用。其原因是油脂的疏水性被活性剂的亲水基团所包围,形成定向的吸引力,降低了油在水中分散所需要的功,使油脂得到很好的乳化。

  (2)润湿作用:零件表面上往往粘附有一层蜡、油脂或鳞片状的物质,这些物质是疏水性的。由于这些物质的污染,零件表面不易被水润湿,当水溶液中加入表面活性剂时,零件上的水珠就很容易分散开来,使零件的表面张力大大降低,达到润湿目的。

  (3)增溶作用:油类物质中加入表面活性剂后,才能“溶解”,但是这种溶解只有在表面活性剂的浓度达到胶体的临界浓度时才能发生,溶解度的大小根据增溶对象和性质来决定。就增溶作用而言,长的疏水基因烃链要比短烃链强,饱和烃链比不饱和烃链强,非离子表面活性剂增溶作用一般比较显著。

  (4)分散作用:灰尘和污粒等固体粒子比较容易聚集在一起,在水中容易发生沉降,表面活性剂的分子能使固体粒子聚集体分割成细小的微粒,使其分散悬浮在溶液中,起到促使固体粒子均匀分散的作用。

  (5)泡沫作用:泡沫的形成主要是活性剂的定向吸附作用,是气液两相间的表面张力降低所致。一般低分子活性剂容易发泡,高分子活性剂泡沫少,豆蔻酸黄发泡性最高,硬脂酸钠发泡性最差,阴离子活性剂发泡性和泡沫稳定性比非离子型好,如烷基苯磺酸钠发泡性很强。通常使用的泡沫稳定剂有脂肪醇酰胺、羧基甲基纤维素等,泡沫抑制剂有脂肪酸、脂肪酸酯、聚醚等及其它非离子表面活性剂。

表面活性剂的应用

  1.表面活性剂在家用洗涤剂中的应用

  从固体表面除掉污物统称为洗涤。洗涤去污作用,是表面活性剂降低了表面张力而产生的润湿、渗透、乳化、分散、增溶等多种作用综合的结果。黏着污垢的物品和洗涤剂一起投入介质中,洗涤剂溶解在介质(水)中,洗涤液将物品润湿,进而将污垢溶解,这时物品有洗涤剂侵润着,污垢被洗涤剂挟持着。在搅拌作用下,污垢被乳化而分散到介质中。随着介质一起被排放,物品表面带有洗涤剂可使污垢不会返回而沉积在物品表面上。

  家用合成洗涤剂所用的表面活性剂主要要有去污能力,同时还考虑乳化、发泡等各项性能的综合效应。在家用洗涤剂中,最常用的是阴离子表面活性剂和非离子表面活性剂,两性表面活性剂多用于个人洗护用品中,阳离子表面活性剂很少用于洗涤剂中。主要品种有LAS(指连烷基苯磺酸脂盐)、AES(脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸盐)、MES(α- 磺酸脂肪酸脂盐)、AOS(α-烯基磺酸盐)、烷基聚氧乙烯醚、烷基酚聚氧乙烯醚、脂肪酰二乙醇胺、胺基酸型、甜菜碱型等。

  2.表面活性剂在化妆品中的应用

  表面活性剂在化妆品中的主要功能包括乳化、分散、增溶、起泡、清洗、润滑和柔软等。表面活性剂在化妆品中具有广泛的用途,起着重要的作用。化妆品能对人体面部、皮肤表面、毛发和口腔起清洁保护和美化作用。化妆品的品种多种多样,分类方式也各不相同。表面活性剂在化妆品中的应用中,阴离子表面活性剂的应用越趋广泛,其具有丰富的发泡性、良好的乳化性、适度的洗净力以及特有的皮肤亲和性,能够满足毛发洗净剂的要求;阳离子表面活性剂可用在护发用品方面, 包括头发调理剂和头发定型凝胶,它也是极有效的抗静电剂,使头发更加柔顺;两性离子表面活性剂本身具有低毒性、对皮肤和眼睛的低刺激性,所以应用广泛。两性离子表面活性剂类型主要有:氨基酸型表面活性剂、咪唑啉型表面活性剂和甜菜碱型表面活性剂。氨基酸型两性离子表面活性剂对头发和皮肤作用温和,起泡和乳化性能好,去污能力强,生物降解性能好,而且还具有良好的抑菌性能和杀菌性能,因此,氨基酸型表面活性剂将是一个很好的发展方向;非离子表面活性剂主要用作乳化剂,特别是乙氧基化的表面活性剂可用作O/W 型乳化剂。此外,还可以用作油性组分的增溶剂。另外,一些特殊的表面活性剂主要用作护发香波、浴制剂中起泡沫稳定作用的辅助表面活性剂。

  3.表面活性剂在制药工业中的应用

  表面活性剂在制药工业中应用广泛,它可以用作药物载体、药物乳化剂和分散增溶剂、润湿剂,某些表面活性剂还可直接作为杀菌消毒剂使用。在药物合成中,表面活性剂可用作相转移催化剂,能改变离子的溶剂化程度,进而增大离子的反应活性,使反应在非均相体系中进行,反应效率得到极大的提高。药物分析中尤其是药物荧光光谱分析法中表面活性剂常作为增溶增敏剂得到应用。在医药行业的手术前皮肤消毒、伤口或粘膜消毒、器械消毒和环境消毒等方面,由于表面活性剂可与细菌生物膜蛋白质强烈相互作用,使之变性或失去功能,而作为杀菌剂和消毒剂被广泛使用。

  4.表面活性剂在食品工业中的应用

  表面活性剂作为食品添加剂和食品加工助剂在食品工业中有着广泛的应用。在食品工业中表面活性剂主要作为食品乳化剂、增稠剂、消泡剂等。食品乳化剂具有乳化或破乳、润湿或反润湿、气泡或消泡、分散、增溶、润滑等一系列作用,并能与脂类、蛋白质、碳水化合物等食品成分发生特殊的相互作用而具有多种功效。食品增稠剂大多是亲水性高分子物质,属高分子表面活性剂范畴。因具有胶凝、稳定、增稠、保水等作用而广泛用于制造果酱、果冻、奶冻、蜜饯、软糖等食品中。表面活性剂在食品制作中除作乳化剂、增稠剂外,还可以起分散剂、润湿剂、起泡剂、消泡剂、结晶控制剂、杀菌以及延长食品保鲜期的作用等。例如在制作糕点和冰淇淋时,添加甘油脂肪酸、蔗糖脂可起发泡作用,有利于大量气泡的产生,而在炼乳和豆制品制作中,添加甘油脂肪酸脂有消泡作用。

  5.表面活性剂在纺织工业中的应用

  目前,纺织行业中用到的表面活性剂品种达到3000多种,纺织工艺生产过程中,从散纤维的精制、纺丝、纺纱、织布、染色、印花和后整理等各工序,都离不开表面活性剂的应用。其作用是提高纺织品的质量,改善纱线的织造性能,缩短加工工期,因此表面活性剂对纺织行业的贡献很大。表面活性剂在纺织行业中主要作洗净剂、煮练剂、乳化剂、匀染剂、柔软剂、抗静电剂和防水剂,除此之外还可以用作渗透剂、消泡剂、平滑剂、固色剂、分散剂等。

  近年来,阴离子表面活性剂在纺织工业中的应用非常广泛,主要用作净洗剂、渗透剂、润湿剂、乳化剂和分散剂等。因为纤维多带有负电荷,而阳离子型表面活性剂可以牢固地吸附在织物上,所以阳离子型表面活性剂常被用作织物柔软剂、均染剂、防水剂、防霉剂、抗静电剂和固色剂等。两性型表面活性剂一般用作金属络合燃料的均染剂、织物柔软剂和抗静电剂等。

  6.表面活性剂在油田中的应用

  表面活性剂以其特殊的物化性质在油田上得到广泛的应用,表面活性剂在油田开发,钻采,技术方面都显示出优异的作用,在增注、堵水、防蜡、破乳、发泡、稠油降粘中广泛应用,并已取得和好的效果。按照油田化学品的分类方法,根据用途可将油田用表面活性剂分为钻井用表面活性剂、油气开采用表面活性剂、提高采收率表面活性剂、油气集输用表面活性剂和水处理用表面活性剂。

  在钻井方面,表面活性剂主要用作钻井液起泡剂、钻井乳化剂、钻井液润滑剂、页岩抑制剂、泥浆降粘剂、泥浆消泡剂等;在油气开采方面,表面活性剂主要用作驱油剂、堵水剂、酸化用添加剂、降粘剂和降凝剂、油井的清蜡和防蜡等;在油气输送方面,表面活性剂主要用作乳化原油破乳剂和油田水处理剂。

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