精細(xì)化工工藝-表面活性劑

1、表面活性劑題目：表面活性劑院系：化學(xué)化工學(xué)院 應(yīng)用化學(xué)系姓名：學(xué)號(hào)：摘要：表面活性劑是一大類有機(jī)化合物，它們的性質(zhì)極具特色，應(yīng)用極為靈活、廣泛，有很大的使用價(jià)值和理論意義。表面活性劑的應(yīng)用范圍涵蓋了人們生活和工作的各個(gè)方面，在20世紀(jì)90年代人們已經(jīng)開始系統(tǒng)的研究表面活性劑。表面活性劑是重要的工業(yè)助劑，素有“工業(yè)味精”之稱。表面活性劑具有既親水又親油，但又不是整體親水或親油的特性，依靠這種獨(dú)特的兩親性結(jié)構(gòu)而具有降低表面張力、起泡、乳化、分散、潤濕、增溶、滲透、抗靜電等性能，在各種工業(yè)和消費(fèi)者應(yīng)用中具有重要的地位，目前已被廣泛應(yīng)用于洗滌、制藥、食品、化妝品、石油化工、紡織、金屬加工等領(lǐng)域，可以說

2、沒有表面活性劑就沒有現(xiàn)在干凈的我們。表面活性劑分子在溶液中和界面上可以自行結(jié)合形成分子有序組合體，從而在各種重要過程，如潤濕、鋪展、起泡、乳化、加溶、分散、洗滌中發(fā)揮重要作用。研究表面活性劑的合成、純化、表征及在精細(xì)化學(xué)品中的應(yīng)用對(duì)提高我們的生活水平，促進(jìn)人類社會(huì)和科學(xué)技術(shù)水平的進(jìn)步有重大意義。本文主要闡述表面活性劑的分類及其應(yīng)用，同時(shí)也對(duì)表面活性劑的發(fā)展趨勢作了展望。關(guān)鍵詞：表面活性劑；陰離子表面活性劑；陽離子表面活性劑 1表面活性劑的分類    表面活性劑的分類方法有以下幾種： 1、按表面活性別在水溶液中能否解離及解離后所帶電荷類型分為非離子型、陰離子型、陽離子型和兩性

3、離子性； 2、按表面活性劑在水和油中的溶解性可分為水溶性和油溶性表面活性劑； 3、按分子量分類，可將分子量大于104者稱為高分子表面活性劑，分子量在103104者稱為中分子量表面活性劑及分子量在102l03者稱為低分子量表面活性劑。 在這些分類方法中常用的是按表面活性劑在水溶液中能否解離及解離后所帶電荷類型來分類。1.1 陰離子表面活性劑 陰離子型表面活性既是具有陰離子親水性基團(tuán)的表面活性劑。它們?cè)谡麄€(gè)表面活性劑生產(chǎn)中占有相當(dāng)大的比重，據(jù)統(tǒng)計(jì)，世界表面活性劑總產(chǎn)量的40%屬于這一類。  如 脂肪醇硫酸鈉 1.2 陽離子表面活性劑 陽離子表面活性劑正好與陰離子表面活性劑結(jié)構(gòu)相

4、反。其親水基一端是陽離子，故常稱之為“逆性肥皂”或“陽性皂”。陽離子表面活性劑水溶液，大多呈酸性。而陰離子表面活性劑水溶液，一般為中性或堿性，與前者正好相反。這是因?yàn)樵谥泻蜁r(shí)，各自的酸堿強(qiáng)度不同而造成的。如烷基三甲基氯化銨 1.3 兩性表面活性劑 廣義地說，所謂兩性表面活性劑，是指同時(shí)具有兩種離子性質(zhì)的表面活性劑。然而，通常所說的兩性表面活性劑，是指由陰離子和陽離子所組成的表面活性劑。換言之，單就兩性表面活性劑結(jié)構(gòu)來講，在憎水基一端既有陽離子(+)也有陰離子(-)，是兩者結(jié)合在一起的表面活性劑。兩性表面活性劑主要由氨基酸型和甜菜堿型兩類 ，其中的甜菜堿型表面活性劑，加水能呈透明溶液，泡沫多去污

5、力好?？煽闯墒莾尚员砻婊钚詣┑拇?。 甜菜堿型兩性表面活性劑與氨基酸型兩性表面活性劑最大的差別是前者無論是在酸性、中性或堿性都易溶于水。即使在等電點(diǎn)也無沉淀，且在任何pH值時(shí)均可使用。 1.4 非離子型表面活性劑 非離子型表面活性劑在水溶液中不電離，其親水基主要是由具有一定數(shù)量的含氧基團(tuán)成。正是這一特點(diǎn)決定了非離子型表面活性劑在某些方面比離子型表面活性劑優(yōu)越。 1.5 特種表面活性劑 特種表面活性劑是指含有氟、硅、磷和硼等元素的表面活性劑。1.6新一代表面活性劑Gemini目前已經(jīng)合成的低聚表面活性劑有二聚體、三聚體和四聚體等，其中最引人注目的是二聚體，結(jié)構(gòu)示意圖見圖1，二聚表面活性劑最早被合

6、成于1971年4-5，后因其結(jié)構(gòu)上的特點(diǎn)而被形象地命名為Gemini(英文是雙子星之意)表面活性劑。 表面活性劑Gemini(或稱dimeric)是由兩個(gè)單鏈單頭基普通表面活性劑在離子頭基處通過化學(xué)鍵聯(lián)接而成，因而阻抑了表面活性劑有序聚集過程中的頭基分離力，極大地提高了表面活性。與當(dāng)前為提高表面活性而進(jìn)行的大量嘗試，如添加鹽類、提高溫度或?qū)㈥庪x子表面活性劑與陰離子表面活性劑混合相比較，Gemini表面活性劑是概念上的突破，因而被譽(yù)為新一代的表面括性劑。 在Gemini表面活性劑中，兩個(gè)離子頭基是靠聯(lián)接基團(tuán)通過化學(xué)鍵而連接的，由此造成了兩個(gè)表面活性劑單體離子相當(dāng)緊密的連接，致使其碳?xì)滏滈g更容易產(chǎn)

7、生強(qiáng)相互作用，即加強(qiáng)了碳?xì)滏渾柕氖杷Y(jié)合力，而且離子頭基間的排斥傾向受制于化學(xué)鍵力而被大大削弱，這就是Gemlrd表面活性劑和單鏈單頭基表面括性劑相比較，具有高表面括性的根本原因。另一方面。在兩個(gè)離子頭基問的化學(xué)鍵聯(lián)接不破壞其親水性，從而為高表面活性的Cmini表面活性劑的廣泛應(yīng)用提供了基礎(chǔ)。通過化學(xué)鍵聯(lián)接方法提高表面活性和以往通常應(yīng)用的物理方法不同，在概念上是一個(gè)突破。 Genfini表面活性劑的優(yōu)良性質(zhì)： 實(shí)驗(yàn)表明，在保持每個(gè)親水基團(tuán)聯(lián)接的碳原子數(shù)相等條件下，與單烷烴鏈和單離子頭基組成的普通表面活性劑相比，離子型Gemini表面活性劑具有如下特征性質(zhì)： (1)更易吸附在氣液表面，從而更有效

8、地降低水溶液表面張力。 (2)更易聚集生成膠團(tuán)。 (3)Gemini降低水溶液表面張力的傾向遠(yuǎn)大于聚集生成膠團(tuán)的傾向，降低水溶液表面張力的效率是相當(dāng)突出的。 (4)具有很低的Krat相轉(zhuǎn)移點(diǎn)。 (5)對(duì)水溶液表面張力的降低能力和降低效率而言，Gemini和普通表面活性劑尤其是和非離子表面活性劑的復(fù)配能產(chǎn)生更大的協(xié)同效應(yīng)。 (6)具有良好的鈣皂分散性質(zhì)。 (7)在很多場臺(tái)，是優(yōu)良的潤濕劑。 從理論上講，在極性頭基區(qū)的化學(xué)鍵臺(tái)阻抑了原先單鏈單頭基表面活性荊彼此頭基之間的分離力，因而必定增強(qiáng)碳鏈之間的結(jié)臺(tái)。實(shí)驗(yàn)證明這是提高表面活性的一個(gè)重要突破，而且為實(shí)際應(yīng)用開辟了新的途徑。另一方面，由于鍵臺(tái)產(chǎn)生的

9、新分子幾何形狀的改變，帶來了若干新形態(tài)的分子聚集體，這大大豐富了兩親分子自組織現(xiàn)象，通過揭示新分子結(jié)構(gòu)和自組織行為間的聯(lián)系有助于深刻認(rèn)識(shí)兩親分子自組織機(jī)理。為此Gemini表面活性劑正在成為世界膠體和界面科學(xué)領(lǐng)域各主要小組的研究方向。2 表面活性劑的應(yīng)用2.1 增溶要求：C>CMC （ HLB1318）臨界膠束濃度（CMC）：表面活性劑分子締合形成膠束的最低濃度。當(dāng)其濃度高于CMC值時(shí)，表面活性劑的排列成球狀、棒狀、束狀、層狀/板狀等結(jié)構(gòu)。 增溶體系為熱力學(xué)平衡體系； CMC越低、締合數(shù)越大，增溶量（MAC）就越高； 溫度對(duì)增溶的影響：溫度影響膠束的形成，影響增溶質(zhì)的溶解，影響表面活性劑

10、的溶解度 Krafft點(diǎn)：離子型表面活性劑的溶解度隨溫度增加而急劇增大這一溫度稱為Krafft點(diǎn)， Krafft點(diǎn)越高，其臨界膠束濃度越小 2.2乳化作用親水親油平衡值（HLB）：表面活性劑分子中親水和親油基團(tuán)對(duì)油或水的綜合親合力。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，將表面活性劑的HLB值范圍限定在0-40，非離子型的HLB值在0-20。 理論計(jì)算：HLB=（親水基團(tuán)HLB值）+（親油基團(tuán)HLB）-7 HLB：3-8 W /O型乳化劑：Span；二價(jià)皂 HLB：8-16 O/W型乳化劑：Tween；一價(jià)皂 2.3潤濕作用使用表面活性劑可以控制液、固之間的潤濕程度。農(nóng)藥行業(yè)中在粒劑及供噴粉用的粉劑中，有的也含有一定量的表

11、面活性劑，其目的是為了提高藥劑在受藥表面的附著性和沉積量，提高有效成分在有水分條件下的釋放速度和擴(kuò)展面積，提高防病、治病效果。 在化妝品行業(yè)中，做為乳化劑是乳霜、乳液、潔面、卸妝等護(hù)膚產(chǎn)品中不可或缺的成分。 2.4助懸作用在農(nóng)藥行業(yè)，可濕性粉劑、乳油及濃乳劑都需要有一定量的表面活性劑，如可濕性粉劑中原藥多為有機(jī)化合物，具有憎水性，只有在表面活性劑存在的條件下，降低水的表面張力，藥粒才有可能被水所潤濕，形成水懸液； 2.5起泡和消泡作用表面活性劑在醫(yī)藥行業(yè)也有廣泛應(yīng)用。在藥劑中，一些揮發(fā)性油脂溶性纖維素、甾體激素等許多難溶性藥物利用表面活性劑的增溶作用可形成透明溶液及增加濃度；藥劑制備過程中，它

12、是不可缺少的乳化劑、潤濕劑、助懸劑、起泡劑和消泡劑等。 2.6消毒、殺菌 在醫(yī)藥行業(yè)中可作為殺菌劑和消毒劑使用，其殺菌和消毒作用歸結(jié)于它們與細(xì)菌生物膜蛋白質(zhì)的強(qiáng)烈相互作用使之變性或失去功能，這些消毒劑在水中都有比較大的溶解度，根據(jù)使用濃度，可用于手術(shù)前皮膚消毒、傷口或粘膜消毒、器械消毒和環(huán)境消毒； 2.7抗硬水性 甜菜堿表面活性劑對(duì)鈣、鎂離子均表現(xiàn)出非常好的穩(wěn)定性，即自身對(duì)鈣、鎂硬離子的耐受能力以及對(duì)鈣皂的分散力。在使用過程中防止鈣皂的沉淀，提高使用效果。 2.8增粘性及增泡性 表面活性劑有對(duì)改變?nèi)芤后w系的作用，增大粘度變稠或增大體系的泡沫，在一些特除的清洗、開采行業(yè)有廣泛的應(yīng)用。 2.9去垢、洗滌作用去除油脂污垢是一個(gè)比較復(fù)雜的過程，它與上面提到的潤濕、起泡等作用均有關(guān)。最后要說明的是，表面活性劑起作用，并不單單是因?yàn)槟骋环矫娴淖饔茫芏嗲闆r下是多種因素共同作用。如在造紙工業(yè)中可以用作蒸煮劑、廢紙脫墨劑、施膠劑、樹脂障礙控制劑、消泡劑、抗靜電劑、阻垢劑、軟化劑、除油劑、殺菌滅藻劑、緩蝕劑等。3結(jié)語 隨著全球經(jīng)濟(jì)的發(fā)展以及科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域的開拓，表面活