综述表面活性剂.doc

表面活性剂及其应用摘要 表面活性剂(surfactant)是指具有固定的亲水亲油基团，在溶液的表面能定向排列，并能使表面张力显著下降的物质。在制备石油、纺织、农药、医药、采矿、食品、民用洗涤等各个领域获得重要应用。主题词 表面活性剂 应用 原理1 基本概述 表面活性剂(surfactant)是指具有固定的亲水亲油基团，在溶液的表面能定向排列，并能使表面张力显著下降的物质。 分子结构具有两亲性：一端为亲水基团，另一端为憎水基团；亲水基团常为极性的基团，如羧基、磺酸、硫酸、氨基或胺基及其盐，也可是羟基、酰胺基、醚键等；而憎水基团常为非极性烃链，如8个碳原子以上烃链。溶液中的正吸附：增加润湿性、乳化性、起泡性；固体表面的吸附：非极性固体表面单层吸附，极性固体表面可发生多层吸附 2 基本原理传统观念上认为，表面活性剂是一类即使在很低浓度时也能显著降低表（界）面张力的物质。随着对表面活性剂研究的深入，目前一般认为只要在较低浓度下能显著改变表（界）面性质或与此相关、由此派生的性质的物质，都可以划归表面活性剂范畴。无论何种表面活性剂，其分子结构均由两部分构成。分子的一端为非极亲油的疏水基，有时也称为亲油基；分子的另一端为极性亲水的亲水基，有时也称为疏油基或形象地称为亲水头。两类结构与性能截然相反的分子碎片或基团分处于同一分子的两端并以化学键相连接，形成了一种不对称的、极性的结构，因而赋予了该类特殊分子既亲水、又亲油，便又不是整体亲水或亲油的特性。表面活性剂的这种特有结构通常称之为“双亲结构”（amphiphilic structure），表面活性剂分子因而也常被称作“双亲分子”。根据所需要的性质和具体应用场合不同，有时要求表面活性剂具有不同的亲水亲油结构和相对密度。通过变换亲水基或亲油基种类、所占份额及在分子结构中的位置，可以达到所需亲水亲油平衡的目的。经过多年研究和生产，已派生出许多表面活性剂种类，每一种类又包含众多品种，给识别和挑选某个具体品种带来困难。3 表面活性剂的应用现状 表面活性剂由于具有润湿或抗粘、乳化或破乳、起泡或消泡以及增溶、分散、洗涤、防腐、抗静电等一系列物理化学作用及相应的实际应用，成为一类灵活多样、用途广泛的精细化工产品。表面活性剂除了在日常生活中作为洗涤剂，其他应用几乎可以覆盖所有的精细化工领域。 3.1增溶要求：CCMC （ HLB1318）临界胶束浓度（CMC）：表面活性剂分子缔合形成胶束的最低浓度。当其浓度高于CMC值时，表面活性剂的排列成球状、棒状、束状、层状/板状等结构。增溶体系为热力学平衡体系；CMC越低、缔合数越大，增溶量（MAC）就越高；温度对增溶的影响：温度影响胶束的形成，影响增溶质的溶解，影响表面活性剂的溶解度。Krafft点：离子型表面活性剂的溶解度随温度增加而急剧增大这一温度称为Krafft点， Krafft点越高，其临界胶束浓度越小。昙点：对于聚氧乙烯型非离子表面活性剂，温度升高到一定程度时，溶解度急剧下降并析出，溶液出现混浊，这一现象称为起昙，此温度称为昙点。在聚氧乙烯链相同时，碳氢链越长，浊点越低；在碳氢链相同时，聚氧乙烯链越长则浊点越高。 3.2 乳化作用亲水亲油平衡值（HLB）：表面活性剂分子中亲水和亲油基团对油或水的综合亲合力。根据经验，将表面活性剂的HLB值范围限定在0-40，非离子型的HLB值在0-20。 混合加和性：HLB=（HLBa Wa+HLBb /Wb） / （Wa+Wb）理论计算：HLB=（亲水基团HLB值）+（亲油基团HLB）-7 HLB：3-8 W /O型乳化剂：Tween；一价皂 HLB：8-16 O/W型乳化剂：Span；二价皂 3. 3 润湿作用 要求：HLB：7-9。 使用表面活性剂可以控制液、固之间的润湿程度。农药行业中在粒剂及供喷粉用的粉剂中，有的也含有一定量的表面活性剂，其目的是为了提高药剂在受药表面的附着性和沉积量，提高有效成分在有水分条件下的释放速度和扩展面积，提高防病、治病效果。 在化妆品行业中，做为乳化剂是乳霜、乳液、洁面、卸妆等护肤产品中不可或缺的成分。 3. 4 助悬作用 在农药行业，可湿性粉剂、乳油及浓乳剂都需要有一定量的表面活性剂，如可湿性粉剂中原药多为有机化合物，具有憎水性，只有在表面活性剂存在的条件下，降低水的表面张力，药粒才有可能被水所润湿，形成水悬液。3.5 起泡和消泡作用表面活性剂在医药行业也有广泛应用。在药剂中，一些挥发油脂溶性纤维素、甾体激素等许多难溶性药物利用表面活性剂的增溶作用可形成透明溶液及增加浓度；药剂制备过程中，它是不可缺少的乳化剂、润湿剂、助悬剂、起泡剂和消泡剂等。 3.6 消毒、杀菌在医药行业中可作为杀菌剂和消毒剂使用，其杀菌和消毒作用归结于它们与细菌生物膜蛋白质的强烈相互作用使之变性或失去功能，这些消毒剂在水中都有比较大的溶解度，根据使用浓度，可用于手术前皮肤消毒、伤口或粘膜消毒、器械消毒和环境消毒； 3.7 去垢、洗涤作用去除油脂污垢是一个比较复杂的过程，它与上面提到的润湿、起泡等作用均有关。最后要说明的是，表面活性剂起作用，并不单单是因为某一方面的作用，很多情况下是多种因素共同作用。如在造纸工业中可以用作蒸煮剂、废纸脱墨剂、施胶剂、树脂障碍控制剂、消泡剂、柔软剂、抗静电剂、阻垢剂、软化剂、除油剂、杀菌灭藻剂、缓蚀剂等。 4 分析表面活性剂的化学结构与性能的关系 4. 1 亲疏平衡值与性能之间的关系 HLB值：表示表面活性剂的亲水疏水性能（Hydrophile-Lipophile Balance）表面活性剂要呈现特有的界面活性，必须使疏水基和亲水基之间有一定的平衡。石蜡HLB值=0（无亲水基） 聚乙二醇HLB值=20（完全亲水）。对阴离子表面活性剂，可通过乳化标准油来确定HLB值。 HLB值 1518 1315 88 79 3.56 1.53 。用途为增溶剂、洗涤剂、 油/水型乳化剂、 润湿剂 水/油乳化剂、 消泡剂。HLB值可作为选用表面活性剂的参考依据。 4. 2 疏水基种类与性能 疏水基按应用分四种：（1） 脂肪烃（2）芳烃（3） 混合烃（4） 带有弱亲水性基 （5） 其他：全氟烃基疏水性大小：（5）（1）（3）（2）（4） 4.3 亲水基的位置与性能 末端：净洗作用强，润湿性差；中间：相反。 4.4 分子量与性能 HLB值、亲水基、疏水基相同，分子量小，润湿作用好，去污力差； 分子量大，润湿作用差，去污力好。 4.5 浊点 对非离子表面活性剂来说，亲水性取决于醚键的多少，醚与水分子的结合是放热反应。 当温度，水分子逐渐脱离醚键，而出现混浊现象，刚刚出现混浊时的温度称浊点。此时表面活性剂失去作用。浊点越高，使用的温度范围广。5 展望 表面活性剂在环境污染治理中的展望 可以毫不夸张地说，有界面的地方，就会有表面活性剂的用武之地，尤其是在界面研究越来越深入的今天，表面活性剂将在环境保护治理领域中发挥越来越大的作用。 5.1 表面活性剂的局限性 表面活性剂在环境保护中的应用固然广泛，但是它也有其自身的缺点。表面活性剂本身具有毒性，容易造成二次污染，就这点来说，环保型表面活性剂的研究开发势在必行。 5.2 生物表面活性剂 和传统化学合成表面活性剂相比，生物表面活性剂具有以下优点：(1) 较低的表面张力和界面张力；(2) 耐温性，有些生物表面活性剂在90 的高、温下仍能保持其表面活性；(3) 耐盐性，盐溶液中不易盐析；(4) 可生物降解性，生物表面活性剂在水体和土壤中容易降解；(5) 环境友好性，不对环境产生污染和破坏；(6) 可原位合成，因而可以大大降低使用成本；(7) 生产工艺简单，常温常压下即可发生反应；(8) 生产原料来源广阔、价廉，可以利用工业废料和农副产品为原料，生产过程对环境不产生危害，其开发和应用将成为大势所趋。参考文献：1 刘彩娟. 表面活性剂的应用与发展J. 河北化工, 2007, 30（4） ：2021. LIU Caijuan. Surfactants application and developmentJ. Hebei Chemical，2007，30（4） ：2021.(in Chinese) 2 张卫丽，李淑英. 表面活性剂的应用和发展J. 全面腐蚀控制, 2005, 19（6） ：4245. ZHANG Weili, LI Shuying. Surfactants application and developmentJ. All Aspects corrosion Control, 2005, 19（6） ：4245. (in Chinese) 3 严瑞. 水处理剂中间体的现状和发展J. 精细与专用化学品, 1999, 13 : 1015. YAN Rui. The present situation and the development of water treatment agent intermediateJ. Fine and Specialty Chemicals, 1999, 13 : 1015. (in Chinese) 4 高廷耀. 水污染控制工程M. 北京: 高等教育出版社，1999, 303304. GAO Tingyao. Water Pollution Control ProjectM. Beijing: China Higher Education Press, 1999，303304. (in Chinese) 5 赵国玺，朱涉瑶. 表面活性剂作用原理M. 北京: 中国轻工业出社，2003. 552554. ZHAO Guoxi, ZHU Sheyao. Work Principal of SurfactantM. Beijing: China light-industrial Press, 2003. 552554. (in Chinese) 6 万印华，王向德，张秀娟. 乳状液膜分离专用表面活性剂的研究进展J. 邵阳高专学报，1994，7 (2) :137143. WAN Yinhua, WANG Xiangde, ZHANG Xiujuan. Development of special surfactant of emulsion liquidmembrane separationJ. Journal of Shaoyang High School，1994，7 (2) :137143. (in Chinese)7陈翠红，朱琨. 表面活性剂对黄土吸附苯甲酸的影响J.农业环境科学学报, 2007，26(2):598602. CHEN Cuihong, ZHU Kun. Adsorption of benzoic acid on loess softs affected by surfactantJ. Journal of Agro-Environment Science, 2007 ， 26(2):598602.(in Chinese) 8张永，廖柏寒，曾敏, 等. 表面活性剂在污染土壤修复