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行業基礎
表面活性劑
2016-06-12 14:39:54 來源:互聯網整理 作者: 【 】 瀏覽:1390次 評論:0

什么是表面活性劑

  表面活性劑是指那些具有很強表面活性、能使液體的表面張力顯著下降的物質。表面活性劑分子一般由非極性烴鏈和一個以上的極性基團組成,烴鏈長度一般在8個碳原子以上,極性基團可以是解離的離子,也可以是不解離的親水基團。極性基團可以是羧酸及其鹽、磺酸及其鹽、硫酸酯及其可溶性鹽﹑磷酸酯基﹑氨基或胺基及它們的鹽,也可以是羥基、酰胺基、醚鍵﹑羧酸酯基等。如肥皂是脂肪酸類(R-COO-)表面活性劑,其結構中的脂肪酸碳鏈(R-)為親油基團,解離的脂肪酸根(COO-)為親水基團。

表面活性劑的分類

  表面活性劑的種類很多,其分類方法亦各不相同,如可依據離子類型、溶解性、應用功能、結構等分類。但通常根據表面活性劑分子在水溶液中離解與否將其分成離子型和非離子型兩大類。離子型表面活性劑按其所帶電荷種類,又可分為陰離子、陽離子和兩性離子表面活性劑。

  1.陰離子表面活性劑

  陰離子表面活性劑是發展歷史最悠久、產量最大、品種最多、應用最廣的一類表面活性劑。其分子一般由長鏈烴基(C10~C20)及親水基羧酸基、磺酸基、硫酸基或磷酸基組成。其中產量最大、應用最廣的陰離子表面活性劑是親水基為磺酸鹽型,其次是硫酸(酯)鹽型。陰離子表面活性劑具有極好的去污、發泡、潤濕、分散、乳化等性能,所以應用非常廣泛,主要用作洗滌劑、潤濕劑、乳化劑、發泡劑、增溶劑等。

  2.陽離子表面活性劑

  與各種類型表面活性劑相比,陽離子表面活性劑的調整作用最突出,殺菌作用最強,盡管有去污力差,起泡性差,配伍性差、刺激性大,價格昂貴等缺點。陽離子表面活性劑在液體洗滌劑中作為輔助表面活性劑(配方用量很少的調理劑組分)一般用于較高檔次產品,主要用于洗發香波。作為調整劑組分在高檔次液體洗滌劑洗發香波中不是其他類型表面活性劑所能替代的。常見陽離子表面活性劑品種有十六烷基二甲基氯化銨(1631)、十八烷基三甲基氯化銨(1831)、陽離子瓜爾膠(C-14S)、陽離子泛醇、陽離子硅油、十二烷基二甲基氧化胺(OB-2)等。

  3.兩性表面活性劑

  具有兩種離子性質的表面活性劑,按化學結構可分為:甜菜堿型、氨基酸型、磷酸酯型、咪唑啉型以及其他如高分子、雜原子類等兩性表面活性劑。兩性表面活性劑以其獨特的多功能性著稱,主要特性有:①低毒性和對皮膚、眼睛的低刺激性;②極好的耐硬水性和耐高濃度電解質性,甚至在海水中也可以有效地使用;③良好的生物降解性;④對織物有優異的柔軟平滑性和抗靜電性;⑤有一定的殺菌性和抑霉性,良好的乳化性和分散性;⑥可與幾乎所有其他類型表面活性劑的配伍性,通常會有增效的協同效應;⑦可以吸附在帶負電荷或正電荷的物質表面上,而不生成憎水薄層,因此有很好的潤濕性和發泡性。

  4.非離子表面活性劑

  具有良好的增溶、洗滌、抗靜電、刺激性小、鈣皂分散等性能;可應用pH范圍比一般離子型表面活性劑更寬廣;除去污力和起泡性外,其他性能往往優于一般陰離子表面活性劑。非離子型表面活性劑被廣泛應用于藥劑學的研究中, 常用作分散劑、乳化劑、混懸劑。在離子型表面活性劑中添加少量非離子表面活性劑,可使該體系的表面活性提高(相同活性物含量之間比較)。主要品種有烷基醇酰胺(FFA)、脂肪醇聚氧乙烯醚(AE)、烷基酚聚氧乙烯醚(APE 或OP)。

表面活性劑的主要作用

  (1)乳化作用:由于油脂在水中表面張力大,當水中滴入油脂后,用力攪拌,油脂被粉碎成細珠狀,互相混合成乳濁液,但攪拌停止又重新分層。如果加入表面活性劑,用力攪拌,停止后很長時間內卻不易分層,這就是乳化作用。其原因是油脂的疏水性被活性劑的親水基團所包圍,形成定向的吸引力,降低了油在水中分散所需要的功,使油脂得到很好的乳化。

  (2)潤濕作用:零件表面上往往粘附有一層蠟、油脂或鱗片狀的物質,這些物質是疏水性的。由于這些物質的污染,零件表面不易被水潤濕,當水溶液中加入表面活性劑時,零件上的水珠就很容易分散開來,使零件的表面張力大大降低,達到潤濕目的。

  (3)增溶作用:油類物質中加入表面活性劑后,才能“溶解”,但是這種溶解只有在表面活性劑的濃度達到膠體的臨界濃度時才能發生,溶解度的大小根據增溶對象和性質來決定。就增溶作用而言,長的疏水基因烴鏈要比短烴鏈強,飽和烴鏈比不飽和烴鏈強,非離子表面活性劑增溶作用一般比較顯著。

  (4)分散作用:灰塵和污粒等固體粒子比較容易聚集在一起,在水中容易發生沉降,表面活性劑的分子能使固體粒子聚集體分割成細小的微粒,使其分散懸浮在溶液中,起到促使固體粒子均勻分散的作用。

  (5)泡沫作用:泡沫的形成主要是活性劑的定向吸附作用,是氣液兩相間的表面張力降低所致。一般低分子活性劑容易發泡,高分子活性劑泡沫少,豆蔻酸黃發泡性最高,硬脂酸鈉發泡性最差,陰離子活性劑發泡性和泡沫穩定性比非離子型好,如烷基苯磺酸鈉發泡性很強。通常使用的泡沫穩定劑有脂肪醇酰胺、羧基甲基纖維素等,泡沫抑制劑有脂肪酸、脂肪酸酯、聚醚等及其它非離子表面活性劑。

表面活性劑的應用

  1.表面活性劑在家用洗滌劑中的應用

  從固體表面除掉污物統稱為洗滌。洗滌去污作用,是表面活性劑降低了表面張力而產生的潤濕、滲透、乳化、分散、增溶等多種作用綜合的結果。黏著污垢的物品和洗滌劑一起投入介質中,洗滌劑溶解在介質(水)中,洗滌液將物品潤濕,進而將污垢溶解,這時物品有洗滌劑侵潤著,污垢被洗滌劑挾持著。在攪拌作用下,污垢被乳化而分散到介質中。隨著介質一起被排放,物品表面帶有洗滌劑可使污垢不會返回而沉積在物品表面上。

  家用合成洗滌劑所用的表面活性劑主要要有去污能力,同時還考慮乳化、發泡等各項性能的綜合效應。在家用洗滌劑中,最常用的是陰離子表面活性劑和非離子表面活性劑,兩性表面活性劑多用于個人洗護用品中,陽離子表面活性劑很少用于洗滌劑中。主要品種有LAS(指連烷基苯磺酸脂鹽)、AES(脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸鹽)、MES(α- 磺酸脂肪酸脂鹽)、AOS(α-烯基磺酸鹽)、烷基聚氧乙烯醚、烷基酚聚氧乙烯醚、脂肪酰二乙醇胺、胺基酸型、甜菜堿型等。

  2.表面活性劑在化妝品中的應用

  表面活性劑在化妝品中的主要功能包括乳化、分散、增溶、起泡、清洗、潤滑和柔軟等。表面活性劑在化妝品中具有廣泛的用途,起著重要的作用。化妝品能對人體面部、皮膚表面、毛發和口腔起清潔保護和美化作用。化妝品的品種多種多樣,分類方式也各不相同。表面活性劑在化妝品中的應用中,陰離子表面活性劑的應用越趨廣泛,其具有豐富的發泡性、良好的乳化性、適度的洗凈力以及特有的皮膚親和性,能夠滿足毛發洗凈劑的要求;陽離子表面活性劑可用在護發用品方面, 包括頭發調理劑和頭發定型凝膠,它也是極有效的抗靜電劑,使頭發更加柔順;兩性離子表面活性劑本身具有低毒性、對皮膚和眼睛的低刺激性,所以應用廣泛。兩性離子表面活性劑類型主要有:氨基酸型表面活性劑、咪唑啉型表面活性劑和甜菜堿型表面活性劑。氨基酸型兩性離子表面活性劑對頭發和皮膚作用溫和,起泡和乳化性能好,去污能力強,生物降解性能好,而且還具有良好的抑菌性能和殺菌性能,因此,氨基酸型表面活性劑將是一個很好的發展方向;非離子表面活性劑主要用作乳化劑,特別是乙氧基化的表面活性劑可用作O/W 型乳化劑。此外,還可以用作油性組分的增溶劑。另外,一些特殊的表面活性劑主要用作護發香波、浴制劑中起泡沫穩定作用的輔助表面活性劑。

  3.表面活性劑在制藥工業中的應用

  表面活性劑在制藥工業中應用廣泛,它可以用作藥物載體、藥物乳化劑和分散增溶劑、潤濕劑,某些表面活性劑還可直接作為殺菌消毒劑使用。在藥物合成中,表面活性劑可用作相轉移催化劑,能改變離子的溶劑化程度,進而增大離子的反應活性,使反應在非均相體系中進行,反應效率得到極大的提高。藥物分析中尤其是藥物熒光光譜分析法中表面活性劑常作為增溶增敏劑得到應用。在醫藥行業的手術前皮膚消毒、傷口或粘膜消毒、器械消毒和環境消毒等方面,由于表面活性劑可與細菌生物膜蛋白質強烈相互作用,使之變性或失去功能,而作為殺菌劑和消毒劑被廣泛使用。

  4.表面活性劑在食品工業中的應用

  表面活性劑作為食品添加劑和食品加工助劑在食品工業中有著廣泛的應用。在食品工業中表面活性劑主要作為食品乳化劑、增稠劑、消泡劑等。食品乳化劑具有乳化或破乳、潤濕或反潤濕、氣泡或消泡、分散、增溶、潤滑等一系列作用,并能與脂類、蛋白質、碳水化合物等食品成分發生特殊的相互作用而具有多種功效。食品增稠劑大多是親水性高分子物質,屬高分子表面活性劑范疇。因具有膠凝、穩定、增稠、保水等作用而廣泛用于制造果醬、果凍、奶凍、蜜餞、軟糖等食品中。表面活性劑在食品制作中除作乳化劑、增稠劑外,還可以起分散劑、潤濕劑、起泡劑、消泡劑、結晶控制劑、殺菌以及延長食品保鮮期的作用等。例如在制作糕點和冰淇淋時,添加甘油脂肪酸、蔗糖脂可起發泡作用,有利于大量氣泡的產生,而在煉乳和豆制品制作中,添加甘油脂肪酸脂有消泡作用。

  5.表面活性劑在紡織工業中的應用

  目前,紡織行業中用到的表面活性劑品種達到3000多種,紡織工藝生產過程中,從散纖維的精制、紡絲、紡紗、織布、染色、印花和后整理等各工序,都離不開表面活性劑的應用。其作用是提高紡織品的質量,改善紗線的織造性能,縮短加工工期,因此表面活性劑對紡織行業的貢獻很大。表面活性劑在紡織行業中主要作洗凈劑、煮練劑、乳化劑、勻染劑、柔軟劑、抗靜電劑和防水劑,除此之外還可以用作滲透劑、消泡劑、平滑劑、固色劑、分散劑等。

  近年來,陰離子表面活性劑在紡織工業中的應用非常廣泛,主要用作凈洗劑、滲透劑、潤濕劑、乳化劑和分散劑等。因為纖維多帶有負電荷,而陽離子型表面活性劑可以牢固地吸附在織物上,所以陽離子型表面活性劑常被用作織物柔軟劑、均染劑、防水劑、防霉劑、抗靜電劑和固色劑等。兩性型表面活性劑一般用作金屬絡合燃料的均染劑、織物柔軟劑和抗靜電劑等。

  6.表面活性劑在油田中的應用

  表面活性劑以其特殊的物化性質在油田上得到廣泛的應用,表面活性劑在油田開發,鉆采,技術方面都顯示出優異的作用,在增注、堵水、防蠟、破乳、發泡、稠油降粘中廣泛應用,并已取得和好的效果。按照油田化學品的分類方法,根據用途可將油田用表面活性劑分為鉆井用表面活性劑、油氣開采用表面活性劑、提高采收率表面活性劑、油氣集輸用表面活性劑和水處理用表面活性劑。

  在鉆井方面,表面活性劑主要用作鉆井液起泡劑、鉆井乳化劑、鉆井液潤滑劑、頁巖抑制劑、泥漿降粘劑、泥漿消泡劑等;在油氣開采方面,表面活性劑主要用作驅油劑、堵水劑、酸化用添加劑、降粘劑和降凝劑、油井的清蠟和防蠟等;在油氣輸送方面,表面活性劑主要用作乳化原油破乳劑和油田水處理劑。

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