表面活性剂的分类、特性及应用

表面活性剂的分类、特性及应用
摘要表面活性剂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，其应用前景非常广阔。

本文简述了表面活性剂的分类、特性及表面活性性剂在生活、工业等各方面的应用。

关键词表面活性剂分类特性应用
1 表面活性剂的分类及介绍
表面活性剂的分类方法很多。

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；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。

人们一般都认为按照它的化学结构来分比较合适。

即当表面活性剂溶解于水后，根据是否生成离子及其电性，分为离子型表面活性剂和非离子型表面活性剂。

按极性基团的解离性质分为：阴离子表面活性剂、阳离子表面活性剂、两性离子表面活性剂、非离子表面活性剂。

1.1 阴离子表面活性剂
表面活性剂的一类。

在水中解离后，生成憎水性阴离子。

如脂肪醇硫酸钠在水分子的包围下，即解离为ROSO2-O-和Na+两部分，带负电荷的ROSO2-O-，具有表面活性。

阴离子表面活性剂分为脂肪酸盐、硫酸酯盐、磺酸盐和磷酸酯盐四大类，具有较好的去污、发泡、分散、乳化、润湿等特性。

广泛用作洗涤剂、起泡剂、润湿剂、乳化剂和分散剂。

产量占表面活性剂的首位。

不可与阳离子表面活性剂一同使用，在水溶液中生成沉淀而失去效力。

1.2 阳离子表面活性剂
该类表面活性剂起作用的部分是阳离子，因此称为阳性皂。

其分子结构主要部分是一个五价氮原子，所以也称为季铵化合物。

其特点是水溶性大，在酸性与碱性溶液中较稳定，具有良好的表面活性作用和杀菌作用。

常用品种有苯扎氯铵(洁尔灭)和苯扎溴铵(新洁尔灭)等。

1.3 两性离子表面活性剂
这类表面活性剂的分子结构中同时具有正、负电荷基团，在不同pH值介质中可表现出阳离子或阴离子表面活性剂的性质。

其碱性水溶液中呈阴离子性质，起泡性良好、去污力亦强，酸性水溶液中呈阳离子性质，杀菌力很强，毒性小。

常用品种有：（1）卵磷脂（豆磷脂、蛋磷脂）。

是一类天然表面活性剂，组成复杂，可用于静注用乳剂与脂质体的制备。

阴离子部分为磷酸型；阳离子部分为季胺盐类（2）合成活性剂。

阴离子部分主
要是羧酸盐，其阳离子部分分为：氨基酸型——胺盐（RN＋H2CH2CH2COO －）、甜菜碱型——季胺盐（RN＋(CH3)2CH2COO－）。

1.4 非离子表面活性剂
在水溶液中不是解离状态故称之为非离子表面活性剂。

其结构组成为：①亲水基团 (甘油、聚乙二醇、山梨醇)；②亲油基团(长链脂肪酸、长链脂肪醇、烷基或芳基)；③酯键、醚健。

性质一般为毒性小，溶血作用较小，化学上不解离，不易受电解质，pH值的影响；能与大多数药物配伍，广泛应用于外用、口服制剂和注射剂。

其常用品种如下：
1、脂肪酸甘油酯：HLB为3~4，主要用作W/O型乳剂辅助乳化剂。

2、多元醇：①蔗糖酯:分为单酯、二酯、三酯及多酯。

溶于丙二醇、乙醇，但不溶于水和油；在酸、碱及酶等作用下易水解成蔗糖和脂肪酸。

HLB 5～13，表面活性弱用作O/W乳化剂、分散剂。

②脂肪酸山梨坦（Span）：粘稠白色至黄色的油状液体或蜡状固体，亲油性较强，HLB为1.8～3.8，一般用作W/O型乳剂的乳化剂或混合乳化剂。

用于搽剂、软膏，亦作为乳剂的辅助乳化剂。

③聚山梨酯（Tween）：粘稠性黄色液体，亲水性化合物，为水溶性表面活性剂，用作增溶剂、乳化剂、分散剂和润湿剂。

3、聚氧乙烯型；具有较强水溶性，乳化能力强，作增溶剂和油/水型乳化剂。

分为Myrij(卖泽类，长链脂肪酸酯）、Brij （脂肪醇酯）。

4、聚氧乙烯-聚氧丙烯共聚物：又称泊洛沙姆(poloxamer)，商品名普郎尼克(Pluronic)。

为淡黄色液体或固体，分子量1000～14000，HLB 0.5～30，具有乳化、润湿、分散、起泡和消泡等多种优良性能，但增溶能力较弱。

是新型的优良乳化剂、增溶剂，目前能应用于静脉注射乳剂的一种合成的乳化剂。

2 表面活性剂基本特性
2.1 临界胶束浓度
胶束是当溶液内表面活性剂分子数目不断增加时，其疏水部分相互吸引，缔合在一起，亲水部分向着水，几十个或更多分子缔合在一起形成缔合的粒子。

而临界胶束浓度（CMC）是指表面活性分子缔合形成胶束的最低浓度。

CMC的大小与物质的结构、组成有关。

CMC的测定方法：1.表面张力法：以表面张力对浓度的对数作图，曲线的转折点即为CMC值。

适合于离子表面活性剂和非离子型表面活性剂。

2.电导法：以表面活性剂溶液的摩尔电导率对浓度或浓度的平方根作图，曲线的转折点即CMC值。

适合于离子表面活性剂。

3.染料法：表面活性剂溶液增溶染料前后吸收光谱的变化。

4.光散射法：胶束形成与散射光强度成正比。

2.2 亲水亲油平衡值
HLB(hydrophile-lipophile balance)系表面活性剂中亲水和亲油基团对油或水的综合亲合力，是用来表示表面活性剂的亲水亲油性强弱的数值。

HLB值范围为
0～40，其中非离子表面活性剂HLB 0～20，即石蜡为0，聚氧乙烯为20。

HLB值计算方法有几种，具体如下：
(1)多元醇型和聚乙二醇型非离子表面活性剂：
HLB＝[亲水基重量×100÷（亲水基重量+疏水基重量）]×5
(2)大多数多元醇脂肪酸酯：HLB＝20（1－S/A）,S为酯的皂化价，A为脂肪酸的酸价。

(3)混合的非离子表面活性剂：HLB ab=(HLB a×W a+HLB b×W b)/(W a+W b)
(4)官能团HLB计算法：HLB=∑(亲水基团HLB)+∑(亲油基团HLB)+7。

并不是所以表面活性剂HLB值能用算式计算，须用实验方法加以验证。

2.3 Krafft点及昙点
离子表面活性剂在水中的溶解度随温度升高至某一温度时，其溶解度急剧升高，该温度称为Krafft点。

起昙与昙点：因加热聚乙烯型非离子表面活性剂溶液发生混浊的现象称为起昙，此时的温度称为浊点或昙点（cloud point）。

3 表面活性剂的应用
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，使得它有以下几方面的实际应用。

3.1 表面活性剂的基本功能及用途
表面活性剂的基本性质是表面界面定向吸附,降低表面界面张力,形成胶束,由此而产生一些基本功能润湿、渗透由于表面活性剂降低液—固界面张力。

泡沫由于表面活性剂降低气一液界面张力,在气、液界面形成紧密排列的双层吸附膜。

乳化、分散由于降低液一液、液一固界面张力。

增溶由于胶束形成。

洗涤去污上述功能的综合作用。

具有这些基本功能的表面活性剂相应地可用作润湿剂, 渗透剂、再润湿剂、发泡剂、稳泡剂、乳化剂、分散剂、增溶剂、洗涤剂、清洗剂等。

3.2 表面活性剂的派生功能及用途
由表面活性剂的基本性质和基本功能可以产生多种派生功能,。

主要有以下一些：柔软、平滑、匀染、缓染、抗静电、杀菌、防霉、防腐、防锈、缓蚀、消泡、破乳、凝聚、增稠、降粘、防水、防油、驱油、减水、加气、捕集、浮选、光亮、整平电镀、防结块、防结晶、增塑、抗氧化、催化、离子交换等。

这些功能产生的主要原因是由于表面活性剂的界面吸附, 在界面上形成表而活性剂的分子膜, 使界面减摩、润滑, 或保护界面, 使不与其它分子如水、油、空气等接触, 有的则是由于离子性质, 不同电荷离子相互吸引, 同电荷离子相互排斤所产生, 有的原因还不清楚。

具有这些派生功能的表面活性剂相应地可用作纺织柔软剂、匀染剂、抗静电剂、杀菌剂、防锈剂、消泡剂、破乳剂、增稠剂、防水剂、驱油剂、电镀添加剂、催化剂等。

3.3 工业非民用应用领域
表面活性剂非民用应用领域十分广泛,遍及各方面,主要部门有工业清洗、金属工业、纺织印染、汗料、颜料、染料、造纸、皮革、塑料、橡胶、建筑、建材、
化工、采矿、石油、医药、化妆品、食品、感光、农药、农业、微生物、环保、能源、分析化学、有机合成等。

例如石油工业中的表面活性剂,它们大多数是多种表面活性剂与溶剂的混合物,根据其不同的性质,表面活性剂可用做油田的酸液缓速剂、稠化剂、悬浮剂、防堵剂、粘土处理剂、表面张力降低剂等。

除此之外，化学驱已经成为正在发展的三次采油(EOR)提高采收率的主要方法，而化学驱中表面活性剂驱使最适合三次采油的。

因为它基本上不受含水率搞的限制，可获得很高的水驱残余油采收率。

参考文献
[1] 王恩，表面活性剂工业，1989，2，9
[2] 李宗石，徐明新编，表面活性剂合成与工艺．轻工业出版社，第一版1990：276
[3]方云，夏咏梅．生物表面活性剂．北京：中国轻工业出版社，l99l2．1～l6
[4]张景存．三次采油．北京：石油工业出版社，1995．90～i16
[5] 王军,杨许召,吴诗德,等表面活性剂的性能及应用[M].北京:中国纺织出版社,2007
[6]王军,杨许召,李刚森.功能性表面活性剂的制备及应用[M].北京:化学工业出版社,2009
[7]叶忠斌. 提高采收率[M ].石油工业出版社, 2000,5 - 6。