第五章 - 北京大学化学与分子工程学院- 网站首页 -- …

第九章,表面活性剂的若干重要应用,内容提要,9.1表面活性剂在洗涤剂工业中的应用9.2表面活性剂在化妆品工业中的应用9.3表面活性剂在制药工业中的应用9.4表面活性剂在制浆造纸工业中的应用9.5表面活性剂在化学纤维工业中的应用9.6表面活性剂在纺织制、革工业中的应用9.7表面活性剂在食品工业中的应用9.8表面活性剂在塑料、橡胶、涂料工业中的应用9.9表面活性剂在金属加工工业中的应用9.10表面活性剂在石油工业中的应用9.11表面活性剂在建筑业中的应用9.12表面活性剂在采矿、选矿和煤炭工业中的应用9.13表面活性剂在化学中的应用,9.1表面活性剂在洗涤剂工业中的应用,洗涤过程洗涤剂中表面活性剂作用原理干洗洗涤用表面活性剂洗涤助剂洗涤剂配方原则,一、洗涤过程多针对固体物质而言，是除去固体表面污垢的过程。,1.润湿作用（界面作用）：润湿和在界面上的吸附，降低界面张力是去污的主要作用（离子型表面活性剂）2.增溶作用：需表面活性剂浓度高于CMC数倍（非离子型表面活性剂）3.吸附作用：SAa在固液界面发生吸附，使固液界面形成双电层，于是微粒与固体表面之间产生静电排斥，从而减少他们之间的黏附功，导致污垢去除，并抗再沉积。（固体表面多负电，慎用阳离子SAa),污垢（液体、固体）在固体表面的黏附主要是范德华力作用的结果，由静电吸引引起的吸附并不十分重要。其他极性力如酸碱相互作用和氢键等引起的吸附也常常起作用，尽管作用力较小，一旦发生则很难除去。洗涤过程是非常复杂的，往往对特定的体系才可能产生最佳的洗涤效果。,二、表面活性剂在洗涤过程中的作用原理,三、干洗,某些纺织品不宜水洗，进行干洗时表面活性剂在其中也有重要作用。干洗的对象不仅仅是某些纺织品，不直接暴露于潮湿环境中的各种金属和陶瓷等，也都需要采用干洗法。干洗时，只是溶剂由水变成有机溶剂，表面活性剂在其中有一定溶解度。表面活性剂在干洗中的作用原理与在水体系中类似表面活性剂在固体或污垢液体界面的吸附，降低溶剂污垢的界面能，以利于污垢的去除和防止污垢的再沉积；可溶于水的污垢进入反胶束的水池而被增溶。（干洗时，溶剂有一定的相对湿度，以保证去污率）干洗用表面活性剂的特点：溶解于溶剂后对水的增溶能力强，洗涤液保持均匀透明状态；对固体污垢微粒的分散保护作用强，防止再沉积；在洗涤物和过滤器上的吸附量少；无臭，对洗涤物无不良影响；对金属不腐蚀等。,四、洗涤用表面活性剂,洗涤剂的主要成分为表面活性剂，在家用洗涤剂配方中约占530。按用量和品种，用的最多的时阴离子表面活性剂，其次是非离子表面活性剂，两性表面活性剂很少使用。阳离子表面活性剂由于在纤维上的吸附性大、洗涤力小，且价格昂贵，不适合用于洗涤。阴离子表面活性剂：洗涤剂中用量最多，脂肪酸金属盐（肥皂）、烷基硫酸钠、烷基苯磺酸钠。非离子表面活性剂：聚氧乙烯型月桂醇聚氧乙烯醚、壬基酚聚氧乙烯醚。两性表面活性剂：可用作洗涤基剂，但不能用作主剂，主要利用它兼有阴离子表面活性剂的洗涤性质和阳离子表面活性剂对织物起柔软作用的性质来改善洗后手感。阳离子表面活性剂：通常不用于洗涤目的。聚阳离子类主要用作整理剂；烷基三甲基氯化铵洗涤后的衣物以热风烘干后，可以使织物获得良好的柔顺性，兼具抗静电性能。,五、洗涤助剂,单纯使用表面活性剂可以获得相当令人满意的洗涤效果，若在添加一些其它物质提高其洗涤能力，能获得更好的洗涤效果，而且也经济洗涤助剂。洗涤助剂通常具有如下功能：与高价阳离子能起鳌合作用，软化洗涤硬水；对固体污垢有抗聚作用或分散作用；防止污垢再沉积；起碱性缓冲作用；增稠剂、抑菌剂、漂白剂、酶制剂、增白剂。无机洗涤助剂：磷酸盐类降低CMC，鳌合金属离子，性能最佳，但遭禁磷；硅酸盐类（软化水、缓冲、抗沉积、润湿、乳化性能）、硼酸盐类（高温释氧剂漂白）；碳酸盐类（软化水）有机洗涤助剂：鳌合，软化，抗沉积荧光增白剂：染料，吸收紫外光，激发分子轨道，当从激发态回到基态时，发射蓝紫光，与织物黄色互补，使织物变的洁白鲜亮。,六、洗涤剂的配方原则,洗涤剂有家用和工业用之分，由于使用的目的不同，其配方亦有很大差异。家用洗涤剂配方中约有10余种成分，主要成分为表面活性剂，占530。他们是去污垢的主要成分，起润湿、增溶、乳化、分散和降低表面张力的作用。此外，含有有三聚磷酸钠（1050），与高价阳离子能起鳌合作用，软化洗涤硬水，抗再沉积、及缓冲作用，使沉淀剂的PH保持在79。无机盐，如硫酸钠、氯化钠约占20，在洗涤剂中起提供电解质的作用，加速疏水基在固液界面的定向排列。配方中含1羧甲基纤维素，起抗再沉积作用；5以下的硅酸钠，起抗再沉积、保持PH值、和降低对金属的腐蚀作用配方中含10的过硼酸钠，起漂白和去除污垢作用。还含有一定量的荧光增白剂、香精和酶等。,居室用洗涤剂：地板洗涤剂：洗涤、保护、防腐功能。洗涤剂配方中应加入腊及可形成膜的聚合物和交联的活性物质。地毯洗涤剂：在矿物油（溶剂汽油的馏分）或四氯乙烯、甲基三氯甲烷等不易燃烧的含氯溶剂中加入0.2%的水和在改性皂的溶剂中能形成反胶束的表面活性剂。多为长链季铵盐和两性表面活性剂的混合体系，可改善织物的柔软性。玻璃除尘洗涤剂：高洗净力，又不能腐蚀玻璃。多为表面活性剂混合体系，常加入溶剂和氨水，以达到良好的去污效果。厨房、楼房玻璃的洗涤还需加入摩擦剂，硅藻土、氧化硅等，利用他们的摩擦和吸附作用，除去表面活性剂难以除去的污迹。家具洗涤剂：一般与玻璃洗涤剂通用。装饰物洗涤剂以及文化娱乐品洗涤剂等。,工业用洗涤剂：生产过程中和生产设备上所用的洗涤剂，利用洗涤剂的润湿、乳化、分散、增溶、渗透、起泡、防锈或抗静电的性能，在轻工、化工、冶金、机械、石油、纺织、电子工业部门生产中起改进工艺过程，提高产品质量的作用。在工厂设备、运输工具、食品和为生医疗设备方面起清洗和保养作用。食品工业作用洗涤剂：食品加工设备常累积钙质，油垢，糖垢和淀粉等，很容易引起细菌污染，所以食品加工设备用洗涤剂要有良好的洗涤性能和杀菌能力。除一般表面活性剂及洗涤助剂外，还需加入柠檬酸，次氯酸钠等杀菌消毒成分。铁道、汽车、船舶等交通业用洗涤剂：火车车厢外壳污垢主要有灰尘、煤烟粉尘、摩擦产生的金属粉末、机油润滑油等油垢、食物饮料等有机污垢。洗涤剂应不伤及车厢表面涂料，同时具有除锈、抗腐蚀、去污等功能。印刷工业用洗涤剂：除油墨、灰尘、机油等效果好,机械和电机用洗涤剂：电子仪器、精密仪器、光学仪器用洗涤剂锅炉垢清除剂卫生设备和用具用洗涤剂其他洗涤剂.,9.2表面活性剂在化妆品工业中的应用,化妆品用表面活性剂基础化妆品美容化妆品毛发用化妆品口腔卫生用品特殊化妆品,（一）化妆品用表面活性剂,随着化妆品的剂型和功能的要求越来越多，化妆品所使用的表面活性剂的品种也越来越多。化妆品直接涂敷于皮肤上，应确保对人体安全无害，因此，必需审慎选取原料并进行细心精制。用作化妆品的表面活性剂应对皮肤无刺激、无毒性、和无光毒性。此外，还要满足无色、无不愉快气味、稳定性高等要求。,（1）化妆品所使用的表面活性剂的要求,（2）表面活性剂在化妆品中的作用,化妆品用的表面活性剂的主要功能为乳化作用、分散作用、起泡作用、清洗作用、润滑作用和柔软作用等。化妆品往往同时利用表面活性剂的多种性能。,（A）乳化剂：化装品虽有多种剂型，但以乳状型居多：油性原料与水性原料适当混合，较单纯使用油性原料，无论在使用感上还是在外观上都有很大的不同；可将相互不混容的原料配于同一配方中；可调节对皮肤作用的成分；改变乳化状态可制成符合使用目的的制品；可使微量成分在皮肤上均匀涂敷。采用合适的乳化剂在适宜的乳化条件下得到最稳定的乳化体系。合适乳化剂的条件：亲水基团的化学结构、数目和位置；亲油基团的结构、数目；亲水亲油平衡值（HLB);连接部分的结构分子量,（B）增溶剂：增溶剂主要用于化妆水、生发油、生发养发剂的生产。这类化妆品的油性成分呈透明溶解状。作为增溶剂广法采用的表面活性剂有亲水性高的聚氧乙烯硬化蓖麻油、脂肪聚氧乙烯醚、聚氧乙烯失水山梨醇脂肪酸酯、植物甾醇聚氧乙烯醚等。根据不同的增溶物，需选择合适的增溶剂。也可利用微乳来实现增溶。微乳稳定性高，越来越多的被应用于化妆品行业中。,（C）分散剂：生产美容化妆品时常采用表面活性剂做分散剂，被分散的原料有滑石、云母、二氧化钛、碳黑等无机颜料和酞菁等有机颜料。使用这些粉体，主要是使化妆品具有好的色调，能遮盖底色，有良好的使用感和防晒功效。为最大限度地发挥他们的功效，必须使他们均匀地分散于化妆品，需添加分散剂和分散助剂。分散剂功效如下：吸附在固液界面上，降低界面能，使分散体系稳定；吸附在粉体表面，使其带电，粒子间产生同电荷排斥作用，使体系稳定；吸附在粉体表面，形成溶剂化层，使体系稳定；提高分散介质的粒度，使体系稳定。,（D）起泡剂、洗净剂：肥皂、固体洗净剂、香波、体用皂、洗脸剂等，主要采用阴离子表面活性剂和两性表面活性剂。在实际生产中使用何种表面活性剂由洗净剂的类型和使用部位决定。例如：固体洗净剂：Krafft点较高的脂肪酸皂、酰基谷氨酸盐和烷基磷酸盐等；液体洗净剂，如香波：Krafft点较低的脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸盐,（二）基础化妆品,（1）化妆水：除去皮肤上污垢和脂肪，使皮肤清洁、柔软。主要由去垢组分，保湿组分和溶剂组成。例：室温下将苛性钾（0.05%)、甘油（10）、聚乙二醇1500（2）、溶于蒸馏水(65.75%)，制成水部，将香菁(0.2%)、防腐剂(适量）、油醇聚乙烯醚(2%)溶于乙醇(20%)，制成醇部。将醇部加入水部，进行增溶溶解，然后以颜料着色，过滤、灌装即为成品。（2）霜膏：O/W型、W/O型乳状液。除油相成分、水相成分外，还有粘液质、粉末及动植物有效成分提取液。（3）乳液：粘度小，流动性好，需选用乳化性能好且不使粘度过分增高的表面活性剂做乳化剂。（4）清洁剂：卸装,（三）美容化妆品,（1）粉底：O/W、W/O型，相应底霜膏中加入粉末而成。（2）香粉、扑粉：滑石，高岭土、氧化锌、钛白粉等，表面处理粉末等。表面处理粉末是在粉末表面涂上亲油底表面活性剂，使其变为亲油性粉末，使粉末可以均匀分散于油中，并能牢牢固着在皮肤上。（3）胭脂：古代胭脂用天然红色原料，如朱砂、散沫花、红花、胭脂虫等，现代膏状胭脂使用表面活性剂做乳化剂和分散剂。（4）唇膏、眼部化妆品、指甲化妆品等,生发养发剂、护发剂、烫发剂，发型固定剂、染发剂、脱毛剂、剃须用化妆品等，表面活性剂起乳化增溶等作用。,（四）毛发用化妆品,（五）口腔卫生用品,牙膏、漱口剂中均含有表面活性剂，使之具有去污和起泡能力。表面活性剂能降低污垢和食物碎屑在牙齿表面的附着力，并能渗透到其中，将其分散成细小颗粒，形成乳化体被牙刷摩擦下来。,（六）特殊化妆品,除臭，防汗，防晒化妆品，面膜，婴儿用化妆品,9.3表面活性剂在制药工业中的应用,（1）表面活性剂在制药工业中很早已被应用，近年来应用得越来越广泛，如用作药物载体、药物乳化剂和分散增溶剂、润湿剂，以及直接用作治疗药剂和杀菌消毒剂等。（2）用作药物载体的表面活性剂有span，tween型、甘油脂肪酸酯、多元醇脂肪酸酯、聚氧乙烯脂肪酸酯、蔗糖酯、酰氨类等（3）用作药物乳化剂的表面活性剂主要是酯类聚氧乙烯加成物，以及磷脂、蔗糖酯、氨基酸型表面活性剂等,（4）用作药物增溶剂的表面活性剂主要有tween80，聚氧乙烯甘油单蓖麻油酸酯、高分子聚醚型表面活性剂等。（5）用润湿剂的表面活性剂有AOT，tween80,卵磷脂、磷脂酰胆碱等。（6）直接用作医疗和杀菌的表面活性剂主要是阳离子表面活性剂、两性表面活性剂，和环氧乙烷衍生物非离子表面活性剂等。,有效药物和膏基组成。膏基的主要成分为表面活性剂、油脂、腊、醇类等。当采用月桂醇聚氧乙烯醚做膏基时，由于聚氧乙烯醚链长短的不同，产品可以是膏状、液状、凡士林状、腊状物等。,（一）软膏类药剂,（二）呼吸系统药剂,合成肺表面活性剂可治疗呼吸系统病症。某些环氧乙烷衍生物可治疗支气管炎。如将二棕榈酰磷脂酰胆碱（40）、二硬脂酰胆碱（40）、大豆卵磷脂（20）混合可作为新生儿透明膜脂综合症治疗。,（三）眼药,烷基苄基二甲基氯化铵等阳离子表面活性剂。,将胰岛素黏附在载体或增溶后可提高其吸收率。,（四）降低血糖的药剂,（五）栓剂,表面活性剂起乳化作用,（六）杀菌剂,抗肿瘤药物、心脏病药剂、胃药、牙科用线、类风湿因子诊断剂,（七）胶囊制剂,（八）其他：,9.4表面活性剂在制浆造纸工业中的应用,纸浆是以某些植物为原料，利用化学合成方法或机械方法除去其中全部或大部分杂质，得到纯净或近于纯净的植物纤维浆。纸浆中除了构成纤维的主要成分纤维素外，还含有半纤维素、木素和少量树脂、色素等物质。就造纸来说，纤维素和半纤维素是纸浆的基本成分，而其他成分存在于纸浆中则对纸的质量产生不良影响，故在制浆过程中要尽量除去。蒸煮制浆工艺中，表面活性剂用作树脂脱除剂和分散剂及浸透剂；废纸再生过程中用作脱墨剂；施胶工序中用作施胶剂的乳化剂；抄纸过程中用作消泡剂；纸张涂步过程中用作分散剂；餐巾纸和卫生纸生产过程中用作柔软剂和润湿剂；特种纸生产过程中用作特殊助剂；用作造纸污水的处理剂等。,9.5表面活性剂在化学纤维工业中的应用,（一）在合成纤维中的应用：合成纤维是由煤、石油、天然气中提炼出来的低分子化合物经聚合形成的高分子化合物产品。锦纶、涤纶、晴纶是纺织行业用的最多的合成纤维。各种合成纤维表面都不含腊质，脂质，所以在加工时摩擦力很大，极易产生静电。更致命的缺点是，由于吸湿能力很差，对加工中产生的静电不能及时泄漏出去，带来静电积累，带来加工和穿用中的明显缺陷。同时，由于他们的化学结构所决定的共同缺点是比天然纤维染色困难。因此，在加工中需施用一些表面活性剂、配制油剂、染料、精炼液、及染浴液，改善加工性能，提高适用性。,（二）在再生纤维中的应用：再生纤维是以天然纤维为原料，经化学处理后得到的人造纤维，主要品种有粘胶纤维和醋酸纤维。在纤维浆泊形成时，需加表面活性剂防止浆泊结块，在粘胶纤维黄化时，加表面活性剂可使黄化均匀；在粘胶纤维成型时，加入表面活性剂可使喷丝头上的吸附物有效分散，减少了断丝现象，也延长了喷丝头的使用寿命。在粘胶纤维的上浆和加油处理中加入表面活性剂可提高短纤维间的抱合力和平滑性，降低纤维与机器间的摩擦，减少静电的产生。在织物印染工序中，加入表面活性剂可以染料分散均匀，提高匀染性。,9.6表面活性剂在纺织、制革工业中的应用,棉、毛、丝、绸纤维、皮革表面含有腊质等杂质，这些都需要除去，需要使用表面活性剂。此外，织物的染色、印花、整理等工序也需要使用表面活性剂。,9.7表面活性剂在食品工业中的应用,在食品工业的各个环节中，也同样要用到大量的各类表面活性剂作为添加剂或加工助剂。如面包、饮料、巧克力、冰淇淋、人造奶油的生产中要使用表面活性剂作为乳化剂；在饮料、罐头、果酱的生产中要添加各种稳定剂，增稠剂：在食品生产、制糖和发酵工业中产生的有害泡沫，要用表面活性剂来消除；为防止食品加工物料的粘联要使用脱膜剂、防粘剂等。,9.8表面活性剂在塑料、橡胶、涂料工业中的应用,（一）塑料工业抗静电剂、润滑剂、稳泡剂塑料及其制品容易因摩擦而生电，且电阻高，形成的静电不易消去，所产生的静电危害很大。如：塑料制品带电后，不仅易吸附尘埃，影响其制品的透明度和美观，还会影响到使用性能。例如唱片带电后，放唱时会产生沙声“等杂音；电影胶片吸尘后，放映时影像会变得模糊不清；又如，在空气干燥的地区，当我们行走在塑料地板或合成材料地毯上时，鞋底与地毯底摩擦会使人体带电，严重时若手与门把或其他物体接触，还可能产生放电现象；如果在塑料生产加工过程中，产生的静电危害更大。如在往电影胶片涂布乳液的过程中产生静电会使胶片因静电放电而曝光。消除静电底一个重要方法是加入表面活性剂作为抗静电剂。,（二）橡胶工业分散剂、乳化剂、润湿剂,（三）涂料工业消泡剂、分散剂、流动性能调节剂,9.9表面活性剂在金属加工工业中的应用,（一）清洗液、切削液、润滑剂、抛光剂、淬火液、焊剂和防溅剂,（二）电镀、化学鍍，使鍍层光滑，减少麻点；鍍层平整，光亮，防止出现凹痕；避免了微粒结块,（三）金属防腐蚀,9.10表面活性剂在石油工业中的应用,（一）钻井液稀释分散剂：钻井液中粘土和钻屑达到一定粘度时会形成空间网状结构，水中盐类、能加剧这种结构，使钻井液的流动性变差，稀释分散剂能破坏这种结构，释放出自由水，使泥浆粘度降低。润滑剂：降低钻杆扭矩，防止卡钻和提高钻速。乳化剂：提高钻井液的润滑性能、耐温性等消泡剂和发泡剂：消除泡沫，保证足够压力；配制泡沫泥浆时，则需要发泡剂。杀菌剂防腐剂。,（二）采油过程駆油剂：防腊剂：乳化降粘剂：油水井化学改造剂：杀菌剂防腐剂：（三）原油破乳剂（四）在石油产品中的应用,9.11表面活性剂在建筑业中底应用,（一）混凝土混凝土、砂浆、拌和时或之前要加入5的外加剂，目的是：改进混凝土性能；改善施工条件、减轻体力劳动强度，有利于机