特殊表面活性剂与生物表面活性剂
表面活性剂的分类及应用性能
非离子型
高级醇聚氧 · · CH2Fra bibliotekH2 –(CH2CH2O)nH 乙烯加成物 CH3CH2·
发泡剂、乳 化剂、增溶 剂
按用量和品种，用的最多的是阴离子表面活性剂， 其次是非离子表面活性剂。阳离子表面活性剂，由 于它在纤维上的吸附大、洗涤力小，且价格昂贵， 不适合用于洗涤剂，有时在洗涤剂中加入阳离子表 面活性剂主要是为了使洗涤剂具有杀菌消毒能力或 起柔软作用。两性表面活性剂有良好的去污性能， 调理性好。但由于成本高而较少使用。常用于个人 卫生用品和特种洗涤剂中。因此，性能与成本的比 值是选择表面活性剂的一个主要依据。
2.表面活性剂的应用性能
表面活性剂因能对两相界面性质 产生影响，在实际应用中能显示 出各种优异的性能。在洗涤剂中， 表面活性剂一般作为洗涤成分， 但在某些配方中也用作辅助原料， 起乳化、润湿、增溶、保湿、润 滑、杀菌、柔软、抗静电、发泡、 消泡等作用。
表面活性剂在溶液中的性质
界面吸附
表面活性剂分子在界面上会定向排列成分 子层。如图所示：
表面活性剂的界面定向
表面活性剂在水溶液表面的吸附
表面活性剂在界面定向形成吸附膜
浓度足够时，表面活性剂在溶液表面定向形 成吸附膜。排列成单分子层。非极性憎水基的部 分越大，憎水性越强，表面活性剂分子就越聚集 于表面，其表面活性就越强。
形成胶束或胶团(micelle)
双亲分子溶解在水中达一定浓度时，其非极性部分会
◆ 增溶作用：表面活性剂在水溶液中达到CMC值 后，一些水不溶性或微溶性物质在胶束溶液中的 溶解度可显著增加，形成透明胶体溶液，这种作 用称为增溶(solubilization)。能产生增溶作用的表 面活性剂叫做增溶剂。增溶与胶束有关。由于胶 束的存在而使难溶物溶解度增加的现象统称为增 溶现象。 例如室温下苯在水中的溶解度很小，每100g水 只能溶解0.07g苯，但在10%的油酸钠水溶液中， 苯的溶解度达到7g/100g，增加了100倍，这是 通过油酸钠胶束的增溶作用实现的。 在药剂中，一些挥发油、脂溶性维生素、体激 素等许多难溶性药物常可借此增溶，形成澄明 溶液或提高浓度。
新型表面活性剂和功能性表面活性剂
新型表面活性剂和功能性表面活性剂近年来，特别是20世纪90年代以来，一些具有特殊结构的新型表面活性剂被相继开发。
它们有的是在普通表面活性剂的基础上进行结构修饰(如引人一些特殊基团)，有的是对一些本来不具有表面活性的物质进行结构修饰，有些是从天然产物中发现的具有两亲性结构的物质，更有一些是合成的具有全新结构的表面活性剂。
这些表面活性剂不仅为表面活性剂结构与性能关系的研究提供了合适的对象，还具有传统表面活性剂所不具备的新性质，特别是具有针对某些特殊需要的功能。
在此介绍Gemini型表面活性剂、Bola型表面活性剂、可解离型表面活性剂、冠醚类表面活性剂、反应型与鳌合型表面活性剂和生物表面活性剂。
Gemini表面活性剂Gemini表面活性剂是一类带有两个疏水链、两个亲水基团和一个桥连基团的化合物。
类似于两个普通表面活性剂分子通过一个桥梁连接在一起，分子的形状如同连体的孪生婴儿。
与传统的表面活性剂相比，Gemini表面活性剂具有很高的表面活性，其水溶液具有特殊的相行为和流变性，而且其形成的分子有序组合体具有一些特殊的性质和功能，已引起学术界和工业界人士的广泛兴趣和关注。
Gemini表面活性剂的结构类型迄今为止，阳离子Gemini表面活性剂已有季铵盐型、吡啶盐型、胍基型；阴离子型Gemini 表面活性剂有磷酸盐型、硫酸盐型、磺酸盐型及羧酸盐型；非离子型Gemini表面活性剂出现了聚氧乙烯型和糖基型，其中糖基既有直链形的，又有环形的。
从疏水链来看，由最初的等长的饱和碳氢链型，出现了碳氟链部分取代碳氢链型、不饱和碳氢型、醚基型、酯基型、芳香型以及两个碳链不等长的不对称型。
Gemini表面活性剂的连接基团的变化最为丰富，连接基团的变化导致了Gemini表面活性剂性质的丰富变化。
连接基团可以是疏水的、也可以是亲水的，可以很短，也可以很长，可以是刚性的，也可以是柔性的。
前者包括较短的碳氢链，亚二甲苯基、对二苯代乙烯基等，后者包括较长的碳氢链、聚氧乙烯链、杂原子等。
[2017年整理]表面活性剂化学练习题
![[2017年整理]表面活性剂化学练习题](https://img.taocdn.com/s3/m/0e45b7fc6394dd88d0d233d4b14e852458fb39fc.png)
三、填空题1.表面活性剂分为和离子型表面活性剂，后者又可分为，，三种。
非离子型表面活性剂阳离子阴离子两性2. 特殊类型的表面活性剂有，高分子表面活性剂，，生物表面活性剂，冠醚型表面活性剂等。
碳氟表面活性剂含硅表面活性剂3.临界胶束浓度的的测定方法有，，染料法，光散射法，其中最为常用的是和。
表面张力法电导法增容作用法表面张力法和电导法4. 在4种增溶方式中增溶量最大的是。
聚氧乙烯链间的增溶5.乳状液类型的鉴别主要有：稀释法，，，滤纸润湿法四种。
染料法，电导法6．烷基芳烃的生产过程中使用的质子酸催化剂主要有硫酸、磷酸、；路易斯酸有、三氟化硼等。
氢氟酸三氯化铝7. 洁尔灭为型表面活性剂，化学名称是，具有，起泡，腈纶缓染剂等作用。
阳离子十二烷基二甲基苄基氯化铵杀菌8. 某聚乙二醇型非离子表面活性剂加成环氧乙烷的质量分数为24.6%，则其HLB 值为。
4.929.两性表面活性剂按整体化学结构分为，，。
甜菜碱型，咪唑啉型，氨基酸型，氧化胺型10. AOS即，十二烷基硫酸钠又名俗名K12. α-烯烃磺酸盐，月桂醇硫酸钠11. 常用的稳泡剂，天然化合物，如和；高分子化合物，如，，；合成表面活性剂。
明胶皂素聚乙烯醇甲基纤维素改性淀粉一、名词解释1.表面活性剂：在加入很少量是既能明显降低溶剂的表面张力，改变物系的界面状态，能够产生润湿、乳化、起泡、增容、分散等一系列作用的物质。
2.临界胶束浓度：表面活性剂分子缔合形成胶束的最低浓度。
3.Krafft点：离子表面活性剂在达到一定温度时溶解度突然增加的温度。
4.浊点：对于非离子型表面活性剂，低温水溶性较好，当升高到某一温度时SA 溶解度突然减小而析出，这一温度叫--。
5.两性表面活性剂：指在分子结构中，同时具有阴离子、阳离子和非离子中的两种或两种以上离子性质的表面活性剂。
6.增容力：增容量除以表面活性剂的物质的量。
7.分散剂：使固体微粒均匀、稳定地分散于液体介质中的表面活性剂。
表面活性剂表面活性剂表面活性剂
石蜡(shí là) W/O乳化剂 润湿剂 洗涤剂 增溶剂 | |————| 聚乙二醇
O/W乳化剂
共八十三页
2.胶束量
表面活性剂形成胶束的大小可用胶束量来描述，胶束量就是构 成一个(yī ɡè)胶束的分子量。
HLB值=
亲水基质量 亲水基质量+憎水基质量
×100/5
例如：石蜡无亲水基，所以HLB=0
聚乙二醇，全部是亲水基，HLB=20。 其余非离子型表面活性剂的HLB值介于0～20之间。
共八十三页
根据(gēnjù)需要，可根据(gēnjù)HLB值选择合适的表面活性 剂。例如：HLB值在2～6之间，可作油包水型的乳化剂； 8～10之间作润湿剂；12～18之间作为水包油型乳化剂。
聚乙二醇型表面活性剂之所以存在浊点，是因为其亲水基依靠聚 乙二醇链上醚键与水形成氢键而亲水。氢键结合较松散．当温度上升
时、分子热运动加剧，达到一定程度，氢键便断裂，溶解的表面活性
剂析出、溶液变为乳浊液；而当温度降低至浊点之下时，氢键恢复，
溶液便又变透明。
对于(duìyú)应用而言，克拉夫特点是下限，而浊点是上限。
研制，开创了近代表面活性剂时期，并形成合成表面活性剂与肥皂相竞争的局面。40一50 年代支链烷基苯磺酸钠(TPS)因优良的洗涤性和耐硬水性占据洗涤剂的主导地位； 随后由于TPS难以生物降解造成河流污染。在1964年被性能优异的直链烷基苯磺酸钠 取代，同时，50年代后石油化工(shí yóu huà ɡōnɡ)的发展，促进了醇系表面活性 剂的大力发展，其中醇醚非离子表面活性剂因其优异的低温洗涤性、低泡性、可生 物降解性等，加之脂肪醇和环氧乙烷原料的充足供应获得迅猛发展。至今已有超过 阴离子表面活性剂之势。
表面活性剂分类
表面活性剂的分类姓名：黄朋学号: 2012G0303006 1、高分子表面活性剂：离子分类亲水基高分子表面活性剂天然系半合成系合成系阴离子型羧酸基海藻酸钠果胶酸钠腐植酸钠咕吨树胶羧甲基纤维素羟甲基淀粉丙烯酸接枝淀粉水解丙烯腈接枝淀粉丙烯酸共聚物马来酸共聚物水解聚丙烯酰胺磺酸基木质素磺酸盐铁铬木质素磺酸盐缩合萘磺酸盐聚苯乙烯磺酸盐硫酸酯基缩合烷基苯醚硫酸酯阳离子型胺基壳聚糖阳离子淀粉氨基烷基丙烯酸酯共聚物聚乙烯苯甲基三甲铵盐季铵盐两性型胺基、羧基等水溶性蛋白质类非离子型多元醇及其他淀粉淀粉改性产物甲基纤维素乙基纤维素羧乙基纤维素聚乙烯醇聚乙烯基醚EO加成物聚乙烯吡咯烷酮2、离子分类：阴离子型表面活性剂离子型表面活性剂阳离子型表面活性剂表面活性剂非离子型表面活性剂两性表面活性剂特殊表面活性剂阴离子型表面活性剂：羧酸盐型、磺酸盐型、硫酸酯盐型、磷酸酯盐型等阳离子表面活性剂：脂肪胺盐、烷基咪唑啉盐、烷基吡啶盐、β—羟基胺等两性表面活性剂：从广义上讲，分子结构中含有两种及两种以上极性基团的表面活性剂，均可称为两性活性剂。
可将其分为：非离子-阴离子型；非离子-阳离子型；阴离子-阳离子型；非离子-阳离子-非离子型。
这类表面活性剂具有许多独特的性质。
例如，对皮肤的低刺激性，具有较好的抗盐性，且兼备阴离子型和阳离子型两类表面活性剂的点，既可用作洗涤剂、乳化剂，也可用作杀菌剂、防霉剂和抗静电剂。
因而，两性离子表面活性剂是近年来发展较快的一类。
非离子型表面活性剂：这类表面活性剂溶于水后不发生解离，其极性基部分大多为氧乙烯基、多元醇和酰胺基。
类型：酯型；醚型；胺型；酰胺型；混合型（Tween)酯醚型等。
特殊表面活性剂：以碳氟链为疏水基的表面活性剂，简称为氟表面活性剂，如全氟辛酸。
这类活性剂具有极高的表面活性，不仅可以使水的表面张力降至20 mN.m-1以下，而且能降低油的表面张力。
其化学性质极其稳定，具有抗氧化、抗强酸和强碱及抗高温等特性。
表面活性剂简介及主要发展方向
表面活性剂简介及近年研究进展一.【关键词】表面活性剂不对称结构双亲化合物界面张力表面张力吸附性能酰胺基脂肽生物微生物高分子非离子型高粘度高表面活性糖基类表面活性剂临界胶束浓度戊糖基两性表面活性剂壳聚糖基表面活性剂酶法合成果糖醋酶法合成成糖醛酸内酯二.【文摘】表面活性剂是这样一类物质，它在加入很少量时即能大大降低溶剂的表面张力（一般以水为标准溶剂）和液-液界面张力，并具有一定特殊结构、亲水亲油特性和特殊吸附性能的物质。
表面活性剂分子都是双亲化合物，分子具有不对称结构。
其分子由易溶于水的亲水基（如羧酸、磺酸、硫酸、氨基或胺基及其盐，也可是羟基、酰胺基、醚键等）和不溶于水而易溶于油的亲油基（即疏水基，常为非极性烃链，如8个碳原子以上烃链）组成。
表面活性剂概述：三.【简介】1.概念：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。
2.组成：分子结构具有两亲性，非极性烃链： 8个碳原子以上烃链，极性基团：羧酸、磺酸、硫酸、氨基或胺基及其盐，也可是羟基、酰胺基、醚键等。
3.吸附性：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。
4.表面活性剂的分类根据疏水基结构进行分类，分直链、支链、芳香链、含氟长链等；根据亲水基进行分类，分为羧酸盐、硫酸盐、季铵盐、PEO衍生物、内酯等；有些研究者根据其分子构成的离子性分成离子型、非离子型等，还有根据其水溶性、化学结构特征、原料来源等各种分类方法。
但是众多分类方法都有其局限性，很难将表面活性剂合适定位，并在概念内涵上不发生重叠。
按极性基团的解离性质分类：1、阴离子表面活性剂：硬脂酸，十二烷基苯磺酸钠；2、阳离子表面活性剂：季铵化物； 3、两性离子表面活性剂：卵磷脂，氨基酸型，甜菜碱型；4、非离子表面活性剂：脂肪酸甘油酯，脂肪酸山梨坦（司盘），聚山梨酯（吐温）四.【表面活性剂研究进展】现在社会，表面活性剂的应用日益广泛，下面介绍几种对现行的几种表面活性剂及其应用进行了初步的探索。
表面活性剂第二章
性质：具有良好的渗透、润湿、乳化、分散、增溶、起泡、去
污等作用。是合成洗涤剂的主要成分之一。
阴离子表面活性剂
种
名称
典型结构式
缩写
类
烷基硫酸盐 烷基苯硫酸盐
肥皂 α烯基磺酸盐 羟基烷基磺酸盐
R 1-C H (-R 2)-S O 3N a
SA S
R -C 6H 4-S O 3N a， R = C 10~13
亲油基——亲油性原子团。与油接触相互吸引， 与水接触相互排斥。也叫憎水基。
常见有：直链烷基 c: 8～20 -c-c-c-c-c
支链烷基 c: 8～16
＞
烷基苯基
一般可从石油化工或油脂产品中获得。 亲水基——易溶于水或易被水所润湿的原子团。
常见有：羧基 磺酸基 硫酸酯基 醚基 氨基
羟基 磷酸酯基
非离子表面活性剂
聚乙二醇型 R－O（CH2CHH22OO）nHH2O H2O
(脂肪醇聚氧乙烯醚型） 多元醇型 R－COOCH2C－CCHH2O2OHH
CH2OH CH2CH2OH 烷基醇酰胺型 RCON CH2CH2OH 烷基多苷
非离子表面活性剂
名称
典型结构式
烷基聚氧乙烯醚，（烷基聚乙 二醇醚，脂肪醇聚乙二醇醚）
-COO- -SO3-
-OSO3- -O-
-N R′
R′′
-OH –OPO3-
常见表面活性剂表示符号： 亲油基
亲水基
———————
O OO
其它： ——O—— ——O——O—— 如图肥皂——脂肪酸钠的分子结构图
CH3CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2 COONa
2. 分类
离子型表面活性剂——表面活性剂溶于水时，凡能电离生成 离子的叫离子型表面活性剂。
表面活性剂
表面活性剂：概述：表面活性剂的作用表面活性剂具有分散、去污、增溶和渗透等一系列特性，在化妆品中具有广泛的应用，是其重要组分。
化妆品的种类形态举不胜举，但其生产均是利用表面活性剂的性能。
例如，利用表面活性剂的乳化性能制取膏霜、乳液，利用其增溶性能对化妆水的香料、油分、药剂等进行增溶，利用其分散性能对口红等美容化妆品的颜料进行分散。
此外，表面活性剂还有清洁洗涤、柔软抗静电、润湿渗透等性能。
因此，表面活性剂是化妆品不可缺少的原料，广泛地应用于化妆品生产中。
（1）增溶作用使微溶性或不溶性物质增大溶解度的现象称为增溶作用。
将表面活性剂加于水中时，水的表面张力开始会急剧下降，继而形成表面活性剂分子聚集的胶束。
形成胶束时所用表面活性剂的浓度称为临界胶束浓度。
当表面活性剂的浓度达到临界胶束浓度时，胶束能把油或固体微粒吸聚在亲油基的一端，因此可增大微溶物或不溶物的溶解度。
选择表面活性剂作为增溶剂时可考虑如下：表面活性剂的亲油基越长，增溶量越大；被增溶物若是同系物，则其分子越大的增溶量越小；对于烷基链长度相同的，极性的化合物比非极性的化合物增溶量大。
在化妆品中，增溶剂主要用于化妆水、生发油、生发养发剂的生产。
用作增溶剂的表面活性剂应具有高的亲水性，HLB>15，如聚氧乙烯硬化蓖麻油、聚氧乙烯蓖麻油、脂肪醇聚氧乙烯醚、脂肪醇聚氧乙烯-聚氧丙烯醚、聚氧乙烯失水山梨醇脂肪酸酯、聚甘油脂肪酸酯等。
化妆品中油性成分，如香料、油脂、油溶性维生素，由于在结构和极性上不相同，增溶情形亦不同，故必须选用适宜的表面活性剂做增溶剂。
如化妆水的增溶对象是香料、油分和药剂等，可用烷基聚氧乙烯醚来增溶。
而聚氧乙烯烷基酚基醚（OP类、TX类）虽然增溶能力强，但对眼睛有害，一般不使用。
此外，蓖麻油基的两性衍生物对香料油、植物油具有优良的溶解性，且这类表面活性剂对眼睛无刺激，适用于制备无刺激香波等化妆品。
（2）分散作用使非水溶性物质在水中形成微粒且呈均匀分散状态的现象称为分散作用。
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特殊表面活性剂与生物表面活性剂
姓名：陈朝阳班级：08应化2 学号：02 学院：化学工程学院
一. 特殊类型的表面活性剂有：
⏹碳氟表面活性剂
⏹含硅表面活性剂
⏹高分子表面活性剂
⏹冠醚型表面活性剂
⏹生物表面活性剂
下面简要介绍一下前四种表面活性剂
碳氟表面活性剂：含氟表面活性剂是指碳氢链中氢原子被氟取代了的表面活性剂。
氢原子可以部分被氟原子取代，也可全部被氟原子取代，后者称为全氟表面活性剂。
这类表面活性剂性能特殊，具有憎水、憎油的双重特性，降低表面张力的能力极为显著，其应用越来越引人注目。
碳氟链中碳氟键（C-F）具有较高的键能（485.67kJ/mol），大于C-H键能（416.31kJ/mol）,C-F键比C-H键稳定，不易断裂。
例如,C8F17OC6H4SO3K的分解温度在335℃以下，使用温度可在300 ℃左右，这是一般表面活性剂所达不到的。
氟碳链间的作用力弱，憎水性强，排斥水的作用更强。
因此，更容易在溶液表面吸附和在水中形成胶团，所以它不仅有很低的表面张力，而且有很低的临界胶束浓度。
碳氟表面活性剂在水中的溶解度在0.1-0.01%（质量分数），即可把水的表面张力由72mN/m降至20mN/m，甚至更低。
合成碳氟化合物的主要方法有三种：
⏹电解氟化法
⏹氟烯烃调聚法
含硅表面活性剂：含硅表面活性剂具有很高的表面活性与稳定性，耐高温，对皮肤无刺激，无毒，十分安全。
有些品种还是很好的抑泡剂。
50年代初，美国Union Carbide (联碳）公司首先合成了含硅聚醚非离子表面活性剂。
德国Bayer A-G Mobey化学公司将它用作聚氨酯泡沫体中的稳泡剂。
此后阴、阳含硅表面活性剂相继问世，它的应用领域也不断扩大。
1）具有优良的降低表面张力的性能。
含硅表面活性剂是除含氟表面活性剂以外，目前发现的表面活性剂中最优良
的品种。
2）具有优良的润湿性能
含硅表面活性剂甚至对于像苯乙烯那种具有低表面张力的固体表面，也能充分地润湿，接触角接近零。
含有2-5个硅原子的聚甲基硅氧烷环氧乙烷加成物，表面张力可达20-21mN/m。
对苯乙烯塑料表面有良好的润湿性。
润湿性好坏与环氧乙烷的加成数有关，过大或过小，都不利于润湿。
3）具有消泡性和稳泡性
含硅表面活性剂尤其是聚硅醚表面活性剂，在不同的温度范围内，同一品种既可以作消泡剂，又可用作稳泡剂，在浊点以上有消泡作用，在浊点以下起稳泡作用。
聚氨基甲酸酯泡沫塑料的发泡剂、稳泡剂就是采用各种型号的聚硅氧烷环氧乙烷加成物。
到目前为止，世界公认其是一种优质稳泡剂。
Si-O 键要比 C-C 键稳定，不易断裂。
因而含硅表面活性剂具有较高的耐热稳定性高分子表面活性剂：
1）表面活性:高分子表面活性剂的表面活性通常较弱，表面张力要经过很长时间才能达到恒定，降低表面、界面张力的能力并不显著。
表面活性剂伴随着相对分子质量的提高急剧下降，常用的高分子表面活性剂如聚乙烯醇的表面张力只有50mN/m；
2)乳化性：高分子表面活性剂的乳化能力较好，多形成稳定的乳液，用量较大时还具有很好的乳化稳定性，并可作为稳泡剂使用。
许多高分子表面活性剂还具有良好的保水作用、增稠作用，成膜性和黏附性也很优秀。
3）分散性和絮凝性：由于高分子表面活性剂在各种表面、界面上有很好的吸附作用，因而分散性、凝聚性和增溶性均较好。
高分子表面活性剂最引人注目的是对分散体系的稳定作用。
除了被称为聚合物表面活性剂或表面活性剂外，当作分散稳定剂时，这些两亲性聚合物还被称为乳化剂、洗涤剂或分散剂；当用于控制胶乳变性时，被称为增稠剂；当用于不相容聚合物的混合时，它们被称为增容剂。
、高分子表面活性剂的主要品种
木质素磺酸钠
⏹聚皂
⏹由对烷基苯酚和甲醛制得的高分子表面活性剂系列
⏹由丙烯腈及丙烯酰胺制得的高分子表面活性剂系列
⏹超高分子量破乳剂
冠醚型表面活性剂：冠醚表面活性剂是以冠醚作为亲水基团，在冠醚环上接有一长链烷基作为憎水基团的一类化合物，是一类新型的表面活性剂。
由于冠醚大环主要由聚氧乙烯构成，所以非离子型表面活性剂的极性很相似。
20世纪60年代，C.J.Pedersen（1987年的诺贝尔化学奖授于了C.J.Pedersen和J.M.Lehn）对冠醚的研究作了开创性的工作。
他通过邻苯二酚合成了一系列的环状聚醚，并根据其结构形状貌视王冠而将其命名为冠醚。
二．生物表面活性剂
生物表面活性剂(BS)是指利用酶或微生物, 通过生物催化和生物合成等技术, 从微生物、植物和动物上得到的集亲水和憎水基结构于一体的具有表面活性剂性质的物质。
生物表面活性剂除了具有和化学表面活性剂相同的性质如降低表面张力、润湿性、分散性等外, 还具有化学结构多样、无毒或低毒、能在极限条件下起作用等优点。
因而生物表面活性剂具有广阔的应用前景, 可应用于石油工业、环境工程、食品工业、化妆品工业及医学领域等方面。
1 生物表面活性剂的分类
生物表面活性剂有多种来源、多种生产方法、多种化学结构和多种用途, 因而可做种种分类以满足不同要求。
按用途可将广义的生物表面活性剂分为生物表面活性剂和生物乳化剂, 前者是一些低分子质量的物质,能显著改变表/界面张力, 后者是一些生物大分子, 不能显著降低表/界面张力, 但对油/水界面表现出很强亲和力, 能吸附在分散的油滴表面, 防止油滴凝聚, 从而使乳状液稳定。
按来源, 生物表面活性剂主要由整胞生物转换法(也称发酵法)和酶促反应法两种途径获得。
现在较多的是按其化学结构的不同而分类, 主要有以下几类:
1)以糖为亲水基团, 脂肪酸或羟基脂肪酸的烷基
部分为亲油基团的糖脂。
如鼠李糖脂、槐糖脂、海藻糖脂、甘露糖脂等。
2)以低缩氨基酸为亲水基团的含氨基酸类脂。
如脂肽、脂蛋白、脂氨基酸等。
3)以磷酸基为亲水基团的磷脂。
如磷脂酰乙
醇胺、磷脂酰丝氨酸、磷脂酰甘油等。
4)以羧酸基为亲水基团的脂肪酸中性脂。
如甘油酯、脂肪酸、脂肪醇、蜡等。
5)结合多糖、蛋白质及脂的聚合物。
如脂杂多糖、脂多糖复合物等。
6)特殊型生物表面活性剂。
如全胞、膜载体等。
2 制备方法
全微生物细胞代谢法: 全微生物细胞代谢法合成生物表面活性剂的过程是一种在细胞内进行代谢活动的多酶联合催化的生物转化过程。
生产方法包括培养发酵、分离提取和粗产品纯化3步。
此法合成生物表面活性剂在技术和经济上可行, 适合大量生产。
酶催化法: 与全微生物细胞代谢法相比, 酶催化法大多是一些结构相对简单, 但同样具有优越的表面活性的分子。
该法还具有生产条件相对粗放, 原料价廉, 反应专一性强、副反应少、产物易分离纯化及固化酶可以重复利用等优点。
目前研究的外源多酶联合催化技术, 在体外将多酶串联或共同作用, 模拟内源多酶联合催化过程并使其处于可控状态, 再将全微生物代谢法的优点嫁接到外源酶催化法上来, 使得酶催化法合成生物表面活性剂具有更大的发展潜力。
天然生物提取法: 从天然生物原料中获取有效的生物表面活性剂, 分离提取相对较易, 含量丰富, 制备简单, 成本低廉, 但受到原料的限制难以大量生产。
古代就用皂角提取液洗涤衣物, 现代用于医疗、食品、化妆品等行业中的磷脂、卵磷脂类生物表面活性剂就是从蛋黄或大豆等天然生物原料中提取出来的。
3 生物表面活性剂的应用
生物表面活性剂的特性决定其具有广泛的应用范围, 其应用已渗透到几乎所有的工业领域。
3.1 在石油工业和环境工程中的应用
生物表面活性剂易溶于水, 在油水界面上具有良好的表面活性, 可增加含油岩石的润湿性, 使岩孔中的残油易于脱附, 对原油具有较强的乳化降黏效果,其驱油效率比化学合成表面活性剂高5-8倍。
生物表面活性剂能促进土壤颗粒上污染物的分散和增溶、有选择性地降解土壤中的烷烃污染物, 还能富集土壤中有毒物质、清除及降解含Pb, Cd 等重金属污染物。
2.2 在医药和农业中的应用
生物表面活性剂在医药行业中的应用潜力最大,具有抗菌、抗病毒、抗肿瘤等性能, 改善脂肪代谢和免疫功能, 使其成为新药开发的重要对象。
3.3 在化妆品和食品中的应用
生物表面活性剂在化妆品工业中也具有极大的吸引力。
生物表面活性剂通过释放化妆品中的活性组分来改善人体表皮, 更重要的是安全无毒。
磷脂作为生物细胞的重要组成部分, 在细胞代谢和细胞膜渗透性调节方面起着重要作用, 用于化妆品中不仅提高化妆品的分散性, 而且起到活化皮肤呼吸, 保持皮肤湿润, 调整皮肤氢离子浓度等作用。
4 结束语
生物表面活性剂具有生物可降解性、更强的表/界面活性和热稳定性, 其生产过程是一个环境净化、废物利用、变废为宝的过程, 成为绿色表面活性剂发展的重要方向。
但其产量低, 成本高, 在价格上无法与化学合成表面活性剂相抗衡, 推广应用受到限制。
为了解决这个问题, 需要加强以下4个方面的研究: 寻求廉价原料, 改进生产工艺, 降低生产成本并加强微生物的重复利用; 加强菌种的遗传学研究, 通过基因工程诱变育种和构建基因工程高产菌, 获得更有针对性的高效生物表面活性剂, 发展快速检测高产菌株并评价其潜力的方法; 进行全面的毒理学研究, 以保证生物表面活性剂应用的安全性; 利用生物表面活性剂的特殊性, 开发出它的二次产品, 提高其附加值。