第一章表面活性剂化学.ppt

表面活性剂化学SurfactantChemistry,宗丽娜：化学化工系物理化学教研室电话：151546859260546-7396241E-mail:zonglina1,表面活性剂无处不在,生活小知识,1、米浆洗碗为什们很干净？2、洗衣粉和肥皂能不能混合使用？3、泡沫越多、温度越高洗衣服越干净吗？4、洗发时洗发精用不用冲洗得很净？5、牙膏可以去除强污垢吗？6、餐具洗涤剂有毒吗？这就是表面活性剂，它广泛应用于工业、农业、医药、建筑、化妆品等领域。美国是我国人均使用量的1000倍。,知识回顾：表面与表面张力,当任意两相接触时，两相之间绝非是一个没有厚度的纯几何面，而是一个有相当厚度的过渡区，这一过渡区通常称之为界面。由于气相人眼往往看不到，所以常把由气相组成的界面通常称为表面。但由于历史的原因，这两个概念常常混用。常见的界面有：气-液界面，气-固界面，液-液界面，液-固界面，固-固界面。,表面分子与体相内部分子所处的状态不同，如：在液相（水）与气相中，水分子内部收到周围水分子的作用力是对称的，其合力为零，水分子在液体内部移动不需要做功；而表面分子，液相分子对它的作用力远大于稀疏气体对它的作用力，因此所受的力是不对称的，其合力指向液体内部，结果产生了表面分子受到指向液体并垂直于表面的力。如图所示。,表面张力实验,结论：液体有自动缩小表面积的趋势，就好象在液体的表面存在一种绷紧的薄膜，这种企图使表面收缩的力称为表面张力。表面张力的物理意义为：沿着与表面相切的方向，垂直作用于液体表面上任一单位长度的表面紧缩力，通常简称表面张力。,dA=2ldx,外力f对系统做功：,Wr=fdx,Wr=dA=2ldx,fdx=2ldx,表面积增加：,dx,MainContents,第一章表面活性剂概论,1.1表面活性与表面活性剂,某些物质能使溶剂的表面张力降低的性质称为表面活性。具有表面活性的物质叫表面活性物质。,图1-1溶液表面张力与浓度的关系,第一类：无机物、蔗糖等；表面张力随浓度稍有上升（曲线1）第二类：乙醇、丁醇、醋酸等低级醇酸；表面张力随浓度逐渐下降（曲线2）第三类：肥皂、洗涤剂等；表面张力在稀浓度时随浓度急剧下降（曲线3）：某些物质的加入量很少时，就可使水的表面张力显著下降。,各种水溶液表面张力与浓度的关系可归结为三类：,1.1表面活性与表面活性剂,由图可以看出：1为非表面活性物质；2、3为表面活性物质。而2和3有明显的区别：一、二者结构明显不同，且3分子能发生缔合形成胶束。二、3类物质加入少量既有明显的表面活性。三、3类物质具有一些实际生活所要求的特性，如润湿、乳化、增溶、起泡、去污等。3称为表面活性剂。,图1-1溶液表面张力与浓度的关系,1.1表面活性与表面活性剂,22,1.2表面活性剂的结构特点,结构：表面活性剂分子由性质截然不同的两部分组成：,亲油基（也称憎水基）,亲水基（也称憎油基）,与油有亲和性，如烃类,与水有亲和性，如-COO-、-OH、-NH2等,1.2表面活性剂的结构特点,表1-1表面活性剂的主要亲油基和亲水基,注：表面活性剂分子结构的特点是两亲性分子，但并不是所有的两亲性分子都是表面活性剂，只有亲油部分有足够长度的两亲性物质才是表面活性剂。如脂肪酸钠盐系列，通常以C10C18作为亲油基的研究对象。,24,1.2表面活性剂的结构特点,举例：,图1-3肥皂的亲油基与亲水基示意图,图1-4洗衣粉的亲油基与亲水基示意图,（亲油基）,（亲油基）,（亲水基）,（亲水基）,25,1.3表面活性剂的分类,1.3.1按离子类型分类,26,1.3表面活性剂的分类,1.3.2按亲水基的结构分类,1.3.3按疏水基的种类分类,极性基团：羧酸、磺酸、硫酸、磷酸酯盐、氨基或胺基及其盐（伯、仲、叔、季）、鎓盐型（磷、砷、硫、碘化合物）、羟基。酰胺基、醚键等。,通常为烃基构成1、直链烷基2、支链烷基3、烷基苯基4、烷基萘基5、松香衍生物6、高分子质量聚氧丙烷基7、长链全氟（或高氟代）烷基8、聚硅氧烷基,27,1.3表面活性剂的分类,1.3.4按表面活性剂的特殊性分类,1.元素表面活性剂：氟表面活性剂和硅表面活性剂元素表面活性剂是指碳氧链上的氢（碳）原子被其它元素所代替，而显现出与普通表面活性剂不同的性能。2.高分子表面活性剂a.天然高分子表面活性剂阿拉伯树胶、皂、蛋白质（大豆蛋白、牛乳）b.部分合成高分子表面活性剂羧甲基纤维素、羧甲基淀粉c.合成高分子表面活性剂聚乙烯醇、聚丙烯酸盐、聚丙烯酰胺,28,1.3表面活性剂的分类,1.3.4按表面活性剂的特殊性分类,3.生物表面活性剂：由酵母、细菌作用于培养液。生成有特殊结构的表面活性剂。a.糖脂系鼠李糖脂、海藻糖脂、槐糖脂。b.酰基缩氨酸系硫放线菌素、脂缩氨酸。4.冠醚型表面活性剂主要有苯并冠醚和长链烷基窝穴醚。冠醚能与金属多价离子络合，用作相转移催化剂、萃取剂等。,29,1.3表面活性剂的分类,1.3.5其他分类方法,因为表面活性剂具有润湿、分散、乳化、增溶、起泡、消泡、保湿、润湿、洗涤、渗透、杀菌、防腐等功能，因此，还可以根据其用途进行分类。主要有表面张力降低剂、渗透剂、润湿剂、乳化剂、增溶剂、分散剂、絮凝剂、消泡剂、起泡剂、杀菌剂、抗静电剂、缓蚀剂、防水剂、织物整理剂、均染剂等。各类表面活性剂广泛应用于洗涤、医药、石油、食品、农业等各个领域。,30,1.4表面活性剂在溶液中的性质,表面活性剂亲水作用原理：,表面活性剂溶于水，亲水基受水分子的吸引，亲油基受到水分子的排斥。为了克服这种不稳定状态，两亲性分子在两相界面上定向排列：亲水基伸向水中，疏水基伸向气相中(或油相中)，结果是表面活性剂在界面上发生相对聚集，这种现象叫做“吸附”，由于吸附，溶液的表面张力降低。,图1-5脂肪酸分子在水溶液表面上的定向排列。,31,图1-6表面活性剂在其溶液表面的定向吸附和在溶液内部形成胶团,当吸附达到一定程度后，吸附量不再增加，趋于恒定，此值称为饱和吸附量。此时，再增加表面活性剂，表面活性剂则于“胶束”的形式存在。此时，表面活性剂在水溶液中的性质发生质变。,1.4表面活性剂在溶液中的性质,32,1.5表面活性剂的亲水亲油性,1.5.1表面活性剂的溶解度,表面活性剂在水中溶解度大亲水性强而亲油性就差；在水中的溶解度小则亲油性就相对强。对于离子型表面活性剂在低温时溶解度较低，随着温度升高其溶解度缓慢地增加，溶解度随温度的变化存在明显的转折点，达到某一温度后其溶解度突然迅速增加，该点的温度即为克拉夫（Krafft）点。同系物的碳氢链越长，其克拉夫点的温度越高，同一温度时，在水中的溶解度越小。,33,1.5表面活性剂的亲水亲油性,1.5.1表面活性剂的溶解度,对于非离子型表面活性剂，其亲水基主要是聚氧乙烯基。升高温度会破坏聚氧乙烯基同水分子的结合，往往使其溶解度下降甚至析出。若缓慢加热非离子型表面活性剂的透明水溶液，到某一定温度后溶液发生浑浊，表明表面活性剂开始析出。溶液呈现浑浊的最低温度叫做“浊点”。在亲油基相同的同系物中，加成的环氧乙烷分子数越多，亲水性越强，浊点就越高。,34,1.5表面活性剂的亲水亲油性,1.5.2亲水亲油平衡值(HLB),HLB是HydrophileandLyophileBalance的缩写，即亲水亲油平衡。HLB值最早是在1949年，由W.C.Griffin在“美国化妆品化学协会期刊”上，发表题为“表面活性剂按HLB分类”的论文，提出了HLB值的概念，从而将定性的非数概念HLB引申为定量化的有数概念。亲水亲油平衡值是指表面活性剂的亲水基和疏水基之间在大小和力量的平衡关系。反映着一平衡程度的量被称为亲水-亲油平衡值（简称HLB值），是个相对值。,35,1.5表面活性剂的亲水亲油性,1.5.2亲水亲油平衡值(HLB),1、定义基准：石蜡HLB=0油酸HLB=1油酸钠HLB=20十二烷基硫酸钠HLB=40一般认为，HLB10亲油性强HLB10亲水性强通过有关公式计算，非离子型表面活性剂的HLB值处于1-20之间，阴离子型和阳离子型表面活性剂的HLB值在1-40均有。,36,1.5表面活性剂的亲水亲油性,1.5.2亲水亲油平衡值(HLB),2、计算HLB值的估计法因为HLB值反映表面活性剂分子的亲水性，因此由它在水中的溶解情况可以估计该表面活性剂的HLB值范围。表1-2HLB值的估计范围,37,1.5表面活性剂的亲水亲油性,1.5.2亲水亲油平衡值(HLB),表1-3不同用途表面活性剂的HLB值范围,按表面活性剂在实际中的不同用途，选择合适的HLB值。若过小，不溶于水；过大，不能形成胶束。聚氧乙烯型非离子表面活性剂（亲水基聚氧乙烯链越长，HLB值越大）HLB值=0-20,38,1.5表面活性剂的亲水亲油性,1.5.2亲水亲油平衡值(HLB),离子型表面活性剂采用基团数法HLB=7+（亲水基的基数）-（亲油基的基数）把HLB看成是整个表面活性剂分子中各单元结构（即亲水基和亲油基）的作用总和，这些基团各自对HLB有不同贡献。表1-3不同用途表面活性剂的HLB值范围,39,乳化法原理：用表面活性剂来乳化油相介质时，当表面活性剂的HLB值与油相介质所需的HLB值相同时，生成的乳液稳定性最好。对于一般的水性表面活性剂,可以使用松节油(所需HLB值为16)和棉籽油(所需HLB值为6)配制一系列需要不同HLB值的油相,每15份油相中加入5份待测表面活性剂,然后加入80份水,搅拌乳化,其中稳定性最好的试样中油相所需的HLB值就是表面活性剂的HLB值。,1.5表面活性剂的亲水亲油性,1.5.2亲水亲油平衡值(HLB),40,1.5表面活性剂的亲水亲油性,1.5.2亲水亲油平衡值(HLB),对于油性表面活性剂,可以固定油相为棉籽油,用另外一种水溶性较大的表面活性剂如司盘60(所需HLB值为14.9)与待测表面活性剂配制成不同比例的系列复合乳化剂,根据上述相同的方法,也可测出表面活性剂的HLB。在应用乳化法时要注意以下两个方面的问题:一混合表面活性剂的HLB值的计算,现在基本上都采用重量加和法,是一种粗略的算法。二是当待测表面活性剂的乳化力较强时,测得的HLB值是一个范围。一般的表面活性剂都可以采用乳化法测出HLB值。对于特殊新型结构的表面活性剂，采用乳化法也可以得到可靠的结果，此法的缺点是比较繁琐、费时。,41,1957年藤田提出有机概念图预测有机物的性质。将有机物按照组成分子结构的官能团分为两大类：第一类为分子结构式中的非极性部分，称为有机性基，以“O”表示；第二类为分子结构中的极性部分，称为无机性基，以“I”表示，并给予它们一定的数值。-OH的无机性值=100，-COOH=150;单个-CH2的有机性值=20。I/O称之为无机性有机性平衡值，简称IOB。IOB与HLB有对应的曲线关系。,1.5表面活性剂的亲水亲油性,藤田理论,1.5.2亲水亲油平衡值(HLB),42,1）效率：将表面张力降低至一定值时，比较所需的表面活性剂浓度（efficiency)。2）有效值：表面活性剂能使溶液的表面张力降低到可能达到的最小值（effectiveness)。,1.6表面活性剂的活性,评价方法：,43,1.6表面活性剂的活性,表面活性剂降低表(界)面张力的效率：pC20-lg(C20)=20式中，C20-溶液内部浓度表面活性剂降低表(界)面张力的能力：式中，cmc-cmc时的表面压;0-纯溶剂的表面张力；cmc-溶液在cmc时的表面张力。,44,1.7表面活性剂的一般性质,1、表面活性剂在水中的溶解度离子表面活性剂在水中的溶解性,1.7.1溶解性,离子型表面活性剂，温度越高溶解度越大，达到某一温度时（克拉夫温度），可以互溶（形成胶束）。离子型表面活性剂应在克拉夫温度以上使用。,45,一般在温度低时易溶于水，成为澄清的溶液。温度升高，溶解度降低。当温度升高到一定程度后，表面活性剂水溶液变浑浊，继而表面活性剂会析出、分层。在室温下(2025)的溶解度：非离子型表面活性剂离子型表面活性剂,非离子表面活性剂在水中的溶解性,1.7表面活性剂的一般性质,1.7.1溶解性,在碳链相同的离子型表面活性剂中季铵盐类阳离子表面活性剂的溶解度较大。两性表面活性剂，也以正离子部分为季铵盐的溶解度为最大。,46,2、表面活性剂在油溶剂中溶解性主要取决于亲油基和亲水基的种类，链的长短、离子的种类、溶液的温度、不纯物的存在与否等因素。亲油基的亲油性越大，则油溶性较大。离子型表面活性剂亲水基位于分子端部比位于中间时，有较大的油溶性。非离子型表面活性剂HLB越小，油溶性越好。温度升高，表面活性剂油溶性增大。,1.7.1溶解性,1.7表面活性剂的一般性质,3、在无极性或微极性溶剂中：脂肪酸肥皂、磺酸盐、硫酸酯盐等离子型表面活性剂中，离子性弱的表面活性剂往往溶解性好。,47,4、高分子型表面活性剂的溶解,高分子溶解时，一般先经过溶胀，而后缓慢分散溶解，这是由于高分子的分子链扩散能力较差所致。当把溶质高分子放入溶剂中时，溶剂分子很快扩散进入聚合物中，而聚合物分子因体积大、运动困难，不能及时向溶剂中分散，故表现出溶胀过程。其溶解性与下列因素有关。,1.7表面活性剂的一般性质,1.7.1溶解性,48,分子链的柔性柔顺的链易于运动、扩散，有利于溶解。例如：聚乙烯醇溶于水而纤维素不溶结晶结晶聚合物在低于熔点温度以下时，一般都较难溶聚合物分子链的长短分子量越大，大分子自身间的内聚力越大，溶解性越差。温度升高温度能使高分子溶解性增加,1.7表面活性剂的一般性质,49,酸、碱稳定性阴离子表面活性剂显碱性，在强酸中不稳定，羧酸析出，硫酸酯盐水解，磺酸盐和磷酸盐较稳定。阳离子型表面活性剂显酸性，遇强碱不稳定，胺盐类在碱中容易析出游离胺，但较耐酸；而季铵盐在酸和碱中均较稳定。,1.7表面活性剂的一般性质,1.7.2化学稳定性,50,非离子表面活性剂一般的能稳定地存在于酸、碱、盐溶液中。两性表面活性剂在等电点时不稳定，容易生成沉淀。但分子中有季铵离子者，则不会出现沉淀。含有酯基表面活性剂，在强酸及强碱溶液中都易发生水解，最不稳定；含醚链表面活性剂，在强酸及强碱溶液中最为稳定。,1.7表面活性剂的一般性质,1.7.2化学稳定性,总结：,52,无机盐稳定性离子型表面活性剂易发生盐析，特别是阴离子表面活性剂遇多价金属离子形成不溶于水的金属皂。非离子型及两性表面活性剂：无机盐对其的作用甚少，不易沉淀析出。氧化稳定性氧化稳定性一般以离子型中的磺酸盐类和非离子型中的聚氧乙烯类最为稳定。,1.7表面活性剂的一般性质,1.7.2化学稳定性,53,1、表面活性剂的安全性毒性和杀菌力阳离子表面活性剂杀菌力强，毒性大（新洁尔灭的杀菌力是苯酚的150-300倍）；非离子型表面活性剂杀菌力弱，毒性小；阴离子表面活性剂介于二者之间。即：杀菌力强、毒性大，杀菌力弱、毒性小。非离子表面活性剂虽毒性小，但污染水域。两性表面活性剂具有较高的杀菌力，且毒性很低，刺激性小。溶血性阴离子型表面活性剂溶血性最大，一般不在注射液中使用；阳离子型的溶血性次之，非离子型的溶血性最小。,1.7表面活性剂的一般性质,1.7.3安全性和温和性,54,表1-4表面活性剂对黑鼠的经口服急性毒性LD50,1.7表面活性剂的一般性质,55,1.7表面活性剂的一般性质,1.7.3安全性和温和性,2、表面活性剂的温和性表面活性剂的类型刺激性和毒性顺序相同，阳离子最大，阴离子次之，两性和非离子最小。对于常见的阴离子表面活性剂次序为：烷基硫酸钠、烷基苯磺酸钠、烷基聚环氧乙烷醚硫酸钠。特别注意：甜菜碱类和咪唑啉类两性表面活性剂毒性和刺激性小、杀菌力却较高。疏水基链长疏水基链越长，分支化程度越小，表面活性剂对人体越温和。,56,1.7表面活性剂的一般性质,1.7.3安全性和温和性,离子基团的极性离子基团的极性愈小，对皮肤、毛发愈温和。分子内引入PEG基团增大分子中PEG长度，刺激性会进一步降低，既使是在离子型表面活性剂中引入PEG链，形成所谓掺合型(hybrid)表面活性剂，也会增大分子的温和性。分子中引入甘油或其它多元醇也会受到与引入PEG链相同的结果。,57,1.7表面活性剂的一般性质,1.7.3安全性和温和性,分子大小小分子表面活性剂容易造成经皮渗透，对皮肤刺激性大；大分子表面活性剂不易发生本身经皮渗透问题，且由于大分子二级、三级结构的影响，极性基团及疏水支链均不易与皮肤或毛发发生直接、强烈的作用，因而比较温和。表面活性剂结构与皮肤的相似性与皮肤结构具有一定相似性或相近性的表面活性剂对皮肤比较温和。,58,生物降解性是有机化合物因受微生物作用而转化为细胞物质，同时分解成可为能源利用的、没有公害的二氧化碳和水等物质的一种性质。生物降解性也称为生物分解性能。,1.7表面活性剂的一般性质,1.7.4生物降解性（环境友好性）,59,阴离子、非离子表面活性剂直链的比支链的易水解；链越长越不易水解。阳离子表面活性剂较易水解。两性表面活性剂易水解，部分还有营养（卵磷脂类）。总之：阴离子、非离子表面活性剂最常用，两性表面活性剂性能最好、价格高，阳离子表面活性剂常做杀菌剂。,1.7表面活性剂的一般性质,1.7.4生物降解性（环境友好性）,1.8表面活性剂在工业中的应用,1、在纺织工业中的应用,织物的退浆、煮练和漂白加工过程统称为织物的前处理。染料从染液向纤维表面和内部转移的过程大致分为3个阶段：吸附、扩散、固着。,染色助剂在染色中起着十分重要的作用。表面活性剂是品种最多、使用最广泛的一类染色助剂，它在染色中主要用作渗透剂、分散剂、匀染(缓染)剂以及固色剂、皂洗剂等。,2、在灭火中的应用,表面活性剂在消防灭火中的应用是用作泡沫灭火剂。对于木材、原棉等固体物的火灾，由于表面活性剂的渗透和润湿作用，使水易于透入燃料体内部而起到阻止火继续燃烧。对于油类等液体物的火灾，由于表面活性剂能加速油的乳化或凝胶化，以及灭火剂迅速在燃料油的表面上铺展开来，形成隔离膜，而起到灭火作用。泡沫灭火剂生成的泡沫是由泡沫灭火剂中高起泡能力的表面活性剂的作用形成的。,1.8表面活性剂在工业中的应用,3、在化妆品中的应用,近年来开发出一系列对皮肤有各种有益功能的霜膏，在配方中增添了各种有效成分，能促进皮肤新陈代谢和再生，解脂及增加皮肤蛋白，促进血液循环，防止皮肤变色，抑制皮肤病变，促使皮肤恢复正常生理功能，赋予皮肤柔软和缓解日晒红斑等。这类护肤霜受到从事各行业人们的喜爱。制备护肤霜所用的乳化剂通常采用复配型的，既有良好的乳化性能，对皮肤的刺激性又小。常用的表面活性剂主要是非离子表面活性剂。,1.8表面活性剂在工业中的应用,4、在石油工业中的应用,石油产品添加剂之一助燃剂助燃剂或促燃剂是当今所研究的节油剂中的一种最主要的成分。由于它的作用，燃料雾化更好，燃料的气化率及扩散性提高，燃料的发火点降低，燃烧速度加快、燃烧效率增大、输出功率提高。总之，助燃剂能使燃料燃烧得更充分，从而降低燃料消耗，达到节能目的，井减轻废气对环境的污染。,1.8表面活性剂在工业中的应用,5、在涂料工业中的应用,沥青漆,沥青是这类漆的主要成膜物质。由于沥青资源丰富，价格低廉，并具有耐水、耐酸碱、耐化学腐蚀等性能，故在建筑、道路工程和化工、涂料工业中应用较为广泛。不同的沥青品种具有不同的性能特点。例如，天然沥青，软化点高，质地纯，涂层光亮而硬；石油沥青，软化点低，含有蜡质不熔杂质，油溶性差；煤焦油沥青，俗称柏油，软化点低，防腐性能好。,1.8表面活性剂在工业中的应用,6、在肥料生产中的应用,表面活性剂作为化学肥料的防结块剂具有重要意义。碳酸氢铵是一种主要的氮肥，其性质极不稳定，受热迅速分解放出二氧化碳及氨，而且碳酸氢铵吸湿性很强，并因受潮而加速分解，致使有效成分损失，肥效降低。另外，碳酸氢铵在贮存过程中极易结块，不仅给使用带来不便，而且影响施用效果。由于其积累分解，施入土壤后肥力也不能全部被利用。在碳酸氢铵生产过程中使用表面活性剂作为添加剂，可使碳酸氢铵的晶粒增大，最终含水量降低，分解挥发损失减少，从而能防止储存时结块，提高肥效和热稳定性等。,1.8表面活性剂在工业中的应用,7、在感光材料方面的应用,彩色显影是指利用彩色照相感光材料曝光后得到的卤化银影像，使成色剂与苯二胺类的彩色显影剂反应，形成彩色影像。根据发色显影方式的不同，形成彩色影像的方法也不同。通常分为外偶型和内偶型两种。内偶型成色剂分为两种：一种是水溶性成色剂，该种成色剂主要为带有磺酸基或羧基的阴离子表面活性剂；另一种是油溶性成色剂，它是由将带有油溶性耐扩散基团的成色剂用乳化剂以微小油滴的形式分散在明胶中构成的。,1.8表面活性剂在工业中的应用,8、在油墨工业中的应用,为提高印刷油墨中主要成分色料和连结料的功能和改善油墨的其他特性。在油墨生产中需加入助剂。助剂的主要成分为表面活性剂，在油墨中加入具有适宜表面活性、润湿、铺展性能的表面活性剂，可使油墨具有良好的流变性、流平性、转移性、粘附性及使油墨有良好的涂膜等。,1.8表面活性剂在工业中的应用,9、在包装中的应用,抗静电剂,聚烯烃、聚苯乙烯、聚酰胺、聚氯乙烯等塑料制品的表面，常因在成型过程中与模具或设备表面分开而积有静电，给人们生活增添了危害。消除塑料表面静电的方法中最普通的是使用抗静电剂。塑料包装材料常用的抗静电剂主要是表面活性剂。表面活性剂型抗静电剂，其分子中的亲油部分牢固地吸附在塑料的表面，亲水部分从空气中吸收水分，从而在塑料表面形成薄薄的导电层，起到消除静电的作用。,1.8表面活性剂在工业中的应用,10、在其他方面的应用,空气清新剂,修正液,防水剂,1.8表面活性剂在工业中的应用,10、在其他方面的应用,粘合剂,乳化剂,1.8表面活性剂在工业中的应用,此外，还可用作干洗剂、车窗清洗剂及抗雾剂、冰淇淋、电镀液、橡胶防霉菌、防鼠、防白蚁剂、液体鞋油等等。,71,1.9表面活性剂的应用和发展,1、系统开发安全、温和、易生物降解的表面活性剂，主要集中在从天然产物中制备出可以生物降解的表面活性剂，原料可再生，广泛使用后，对环境五污染，对人、畜安全温和。2、表面活性剂要高效、多功能，除有清洁作用外，还要有抑菌、杀菌、滋润皮肤等作用，并应不断开发新用途。3、研究新的生产工艺与技术代替或改造落后的生产工艺与技术，进一步降低生产成本，提高产品质量。如耐硬水、低温洗涤效果好，浓缩的表面活性剂洗涤用品是一个发展方向，这包括浓缩洗衣粉和液体洗涤剂。4、研究表面活性剂的复配方法，获得更好、功能更多的产品。,表面活性剂在石油化工中的应用,1）钻井液用表面活性剂钻井液是又称为钻井泥浆，在钻井过程中，钻井液的性能对钻井效率、防止事故起关键作用，而泥浆的好坏又与表面活性剂的使用有着密切的关系。表面活性剂在钻井液中主要用作稀释分散剂、乳化剂、降失水剂、润滑剂、消泡剂、发泡剂、杀菌剂、防腐蚀剂等。因此，在钻井液中添加表面活性剂（多为复配活性剂），可以提高泥浆的润滑性、润湿性、乳化稳定性、分散性、渗透性，并能保护设备和加快钻速以及防止钻井中卡钻和塌井现象的发生。,表面活性剂在石油化工中的应用,分散剂和稀释剂在钻井作业中，为了获得各类泥浆的最佳性能，必须精心控制泥浆的化学性能和物理性能。泥浆的黏度静切力和失水特别重要。钻井液中的黏土和钻屑，以及水中的盐类尤其是高价阳离子盐达到一定浓度时会使钻井液的流动性变差。分散稀释剂能改善泥浆流动性能，使泥浆黏度降低，常用的分散剂，稀释剂有：木质素磺酸盐，以及它与铁，铬离子形成的络合物，单宁和栲胶的苛化物或磺甲基化物，腐殖酸盐及磺甲基化物或硝化物等。这些表面活性剂及化学品是非常成熟和比较经济的，也具有较长的使用历史了。,表面活性剂在石油化工中的应用,降失水剂和堵漏剂降失水剂主要作用是减少钻井液向地层中滤失水量，防止因滤失水进入岩层空隙中形成水锁而污染油层，可在渗透性地层的壁上形成泥饼，防止井壁坍塌，保证井身安全。常用的有：预凝淀粉和改性淀粉，羧甲基淀粉钠，羧乙基淀粉钠，羧甲基淀粉钾，2-羟基-3磺酸基丙基淀粉，羟乙基淀粉，羟丙基淀粉，阳离子淀粉，钠-羧甲基纤维素，聚阴离子纤维素聚合物，磺化妥尔油沥青，钠-聚丙烯腈，树胶（胍胶，印度胶，设拉子胶）等。堵漏剂主要作用是封堵漏失地层的，通常使用的堵漏剂有沥青分散液和石蜡分散液。在制备这些产品时需要使用分散性能良好的表面活性剂（阳离子淀粉和壬基酚聚氧乙烯醚等）,表面活性剂在石油化工中的应用,润滑剂润滑剂的作用是对钻头轴承和钻柱充分的润湿，并具有降低钻杆扭矩，防止卡钻和提高钻速。钻井泥浆中适当加入润滑剂处理，使得钻头轴承得以润滑并使其磨损速度降低使钻头寿命延长。目前主要使用润滑剂有烷基芳基磺酸铵、煤油烃基磺酸和十二烷基苯磺酸的二异丙胺、丁胺、三乙胺、戊胺盐等。,表面活性剂在石油化工中的应用,乳化剂为了提高钻井液的润滑性、耐温性和防塌性，有时需要使用乳化钻井液，包括混油（即水包油，O-W）型乳化泥浆和油包水（W-O）型乳化泥浆。对于钻斜井、超深井及在不稳定地层钻井，这类乳化泥浆非常重要。常用的乳化剂有脂肪皂类、酰胺类、C（12-15）烷基苯磺酸、烷基苯磺酸钠、石油磺酸钠、磺化琥珀酸盐、磺化油酸钠、十二烷基硫酸钠等等，一般是多种表面活性剂复配使用。上述表面活性剂同有机钛酸盐混合使用，则效果更佳。,表面活性剂在石油化工中的应用,2）固井液用表面活性剂所谓固井液就是井口地层与套管环隙间用于密封于固结的液体。它能保护套管防止腐蚀，承受地层流体的压力，以及不需要套管时能回收套管。在制备固井液时，长期的稳定性是一个重要考虑的问题。流动调节剂在配制固井液时主要应考虑的问题之一即流动特性，流变性应适当进行调整。用于调节水泥浆流动性和引发紊流的流动调节剂主要有：三羧酸膦基丁烷、木质素硫酸盐、烷基芳基磺酸盐、-萘磺酸甲醛缩合物及马来酸酐和聚胺基磺酸化合物。,表面活性剂在石油化工中的应用,2）固井液用表面活性剂所谓固井液就是井口地层与套管环隙间用于密封于固结的液体。它能保护套管防止腐蚀，承受地层流体的压力，以及不需要套管时能回收套管。在制备固井液时，长期的稳定性是一个重要考虑的问题。流动调节剂在配制固井液时主要应考虑的问题之一即流动特性，流变性应适当进行调整。用于调节水泥浆流动性和引发紊流的流动调节剂主要有：三羧酸膦基丁烷、木质素硫酸盐、烷基芳基磺酸盐、-萘磺酸甲醛缩合物及马来酸酐和聚胺基磺酸化合物。,表面活性剂在石油化工中的应用,缓凝剂缓凝剂是用来延迟凝固时间的用剂。主要作用是：延长凝固时间以利于施工。常用的表面活性剂是：烷基芳基磺酸盐、单宁酸钠、单宁与腐殖酸、木质素磺酸钙与柠檬酸或酒石酸盐的混合物、磺化的栲胶，木质素磺酸钙及改性木质素磺酸钙也有缓凝作用。稳泡剂为了形成含有细小气泡和稳定泡沫的水泥浆，可添加十二十四碳的烷醇聚氧乙烯醚硫酸酯盐、OP-07。密封剂为使井筒与套管间密封性更好，可在水泥浆中加入表面活性剂。如：烷基苯磺酸盐、壬基酚聚氧乙烯醚。,表面活性剂在石油化工中的应用,3）原油破乳脱水用表面活性剂在原油发运前