表面活性剂主要作用论文

精细化工品

表面活性剂的主要作用

摘要：

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及相应的实际应用，成为一类灵活多样、用途广泛的精细化工产品。表面活性剂除了在日常生活中作为洗涤剂，其他应用几乎可以覆盖所有的精细化工领域。表面活性剂具有洗涤、润湿、渗透、分散、乳化、破乳、增溶、起泡、消泡、润滑、减摩、柔软、防静电、防锈、防腐蚀、匀染、杀菌、增稠等各方面的作用和功能, 除大量用于合成洗涤剂和化妆品工业外, 还广泛应用于纺织、印染、造纸、皮革、食品、医药、石油、化纤、塑料、农药、涂料、染料、化工、采矿、选矿、农业等各个领域。表面活性剂素有“ 工业味精” 之称。

关键词：润湿作用、胶束与增溶作用、乳化作用、起泡与消泡作用

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。表面活性剂的分子结构具有两亲性：一端为亲水基团，另一端为憎水基团；亲水基团常为极性的基团，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；而憎水基团常为非极性烃链，如8个碳原子以上烃链。表面活性剂分为离子型表面活性剂和非离子型表面活性剂等。

无论何种表面活性剂，其分子结构均由两部分构成。分子的一端为非极亲油的疏水基，有时也称为亲油基；分子的另一端为极性亲水的亲水基，有时也称为疏油基或形象地称为亲水头。两类结构与性能截然相反的分子碎片或基团分处于同一分子的两端并以化学键相连接，形成了一种不对称的、极性的结构，因而赋予了该类特殊分子既亲水、又亲油，便又不是整体亲水或亲油的特性。表面活性剂的这种特有结构通常称之为“双亲结构”，表面活性剂分子因而也常被称作“双

亲分子”。

根据所需要的性质和具体应用场合不同，有时要求表面活性剂具有不同的亲水亲油结构和相对密度。通过变换亲水基或亲油基种类、所占份额及在分子结构中的位置，可以达到所需亲水亲油平衡的目的。经过多年研究和生产，已派生出许多表面活性剂种类，每一种类又包含众多品种，给识别和挑选某个具体品种带来困难。因此，必须对成千上万种表面活性剂作一科学分类，才有利于进一步研究和生产新品种，并为筛选、应用表面活性剂提供便利。

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及相应的实际应用，成为一类灵活多样、用途广泛的精细化工产品。表面活性剂除了在日常生活中作为洗涤剂，其他应用几乎可以覆盖所有的精细化工领域。

表面活性剂工业在我国是一门新兴的精细化学工业。近年来, 随着石油化学工业的迅猛发展, 为表面活性剂的生产提供了丰富廉价的原料, 使表面活性剂的产量迅速增长, 商品品种越来越多, 应用范围越来越广, 现己成为国民经济的基础工业之一。表面活性剂具有洗涤、润湿、渗透、分散、乳化、破乳、增溶、起泡、消泡、润滑、减摩、柔软、防静电、防锈、防腐蚀、匀染、杀菌、增稠等各方面的作用和功能, 除大量用于合成洗涤剂和化妆品工业外, 还广泛应用于纺织、印染、造纸、皮革、食品、医药、石油、化纤、塑料、农药、涂料、染料、化工、采矿、选矿、农业等各个领域。表面活性剂素有“ 工业味精” 之称。

可以说, 润湿、渗透、分散都与表面活性剂的表面张力的降低有关, 只是侧重有所不同。

1、润湿作用

要求：HLB：7-9。

所谓润湿即固体表面吸附的气体为液体所取代的现象, 能增强这一取代能力的物质称为润湿剂。润湿一般分为三类∋ 接触润湿一沾湿( 浸入润湿一浸湿( 铺展润湿一铺展。其中铺展是润湿的最高标准, 常以铺展系数) 作为体系之间润湿性能的指标。此外, 接触角大小也是润湿好坏的判据

使用表面活性剂可以控制液、固之间的润湿程度。农药行业中在粒剂及供喷粉用的粉剂中，有的也含有一定量的表面活性剂，其目的是为了提高药剂在受药表面的附着性和沉积量，提高有效成分在有水分条件下的释放速度和扩展面积，提高防病、治病效果。

在化妆品行业中，做为乳化剂是乳霜、乳液、洁面、卸妆等护肤产品中不可或

缺的成分。

2、胶束与增溶作用

要求：C>CMC （ HLB13~18）

表面活性剂分子缔合形成胶束的最低浓度。当其浓度高于CMC值时，表面活性剂的排列成球状、棒状、束状、层状/板状等结构。

增溶体系为热力学平衡体系；CMC越低、缔合数越大，增溶量（MAC）就越高；温度对增溶的影响：温度影响胶束的形成，影响增溶质的溶解，影响表面活性剂的溶解度 离子型表面活性剂的溶解度随温度增加而急剧增大这一温度称为Krafft点， Krafft点越高，其临界胶束浓度越小

对于聚氧乙烯型非离子表面活性剂，温度升高到一定程度时，溶解度急剧下降并析出，溶液出现混浊，这一现象称为起昙，此温度称为昙点。在聚氧乙烯链相同时，碳氢链越长，浊点越低；在碳氢链相同时，聚氧乙烯链越长则浊点越高。

非极性有机物如苯在水中溶解度很小, 加入油酸钠等表面活性剂后, 苯在水中的溶解度大大增加, 这称为增溶作用。增溶作用与普通的溶解概念是不同的, 增溶的苯不是均匀分散在水中, 而是分散在油酸根分子形成的胶束中。经X射线衍射证实, 增溶后各种胶束都有不同程度的增大, 而整个溶液的的依数性变化不大。

表面活性剂在水中随着浓度增大，表面上聚集的活性剂分子形成定向排列的紧密单分子层，多余的分子在体相内部也三三两两的以憎水基互相靠拢，聚集在一起形成胶束，这开始形成胶束的最低浓度称为临界胶束浓度。

这时溶液性质与理想性质发生偏离，在表面张力对浓度绘制的曲线上会出现转折。继续增加活性剂浓度，表面张力不再降低，而体相中的胶束不断增多、增大。

表面活性剂在溶液中分散，当达到一定浓度时，表面活性剂分子会从单体(单个离子或分子)缔合成为胶态聚集物，形成胶团。溶液性质随之发生突变，此时的浓度，即形成胶团时的浓度，称为临界胶团浓度(critical micelle concentration，简写为CMC)，表面活性剂形成胶团的过程称为胶团化作用。

表面活性剂随水溶液的浓度变化在溶液中形成胶团有一个变化的过程，溶液中表面活性剂浓度极低时即极稀溶液时，空气和水几乎是直接接触着，水的表面张力下降不多，接近纯水状态，水中只有不多的表面活性剂分子，当稍微增加表面活性剂的浓度时，表面活性剂分子就会很快聚集到水面，其对水的遮盖使水和空气的接触减少，溶液的表面张力急剧下降。而在水中的表面活性剂有一部分聚集在一起，这些表面活性剂的憎水基互相靠在一起，开始形成小胶团，随着表面活性剂浓度逐渐增加，当表面活性剂的溶液达到饱和吸附时，液面开始形成紧密排列的单分子膜。当溶液的浓度达到表面活性剂的胶团浓度时，溶液的表面张力降至最低值。如果在溶液的浓度达到临界胶团浓度之后，再继续增加表面活性剂，虽然溶液的浓度增加，但溶液的表面张力几乎不再下降，此时溶液中的胶团数目和聚集数增加，溶液体系

是由胶团组成的，纳米粉体合成所利用的微反应器就是此时的胶团，然后体系渐渐向形成液晶状态变化。表面活性剂的水溶液在浓度达到CMC时，表面活性剂会随其浓度的增加形成胶团，这一现象体现在表面活性剂的表面张力与浓度曲线(r-1gc曲线)上出现转折点，而溶液的其他物理化学性质出现非理想性。

对于离子型表面活性剂，其形成的胶团带有较高的电荷，由于静电引力的作用，在胶团周围会吸引_些反离子，使一部分正、负电荷互相抵消。但在胶团形成高电荷后，反离子形成的离子雾的阻滞力大大增加，利用这一点可以调整纳米粉体的分散性。由于这两个原因，使得溶液的当量电导在CMC之后随浓度的增加迅速下降，因此，该点也被用于测量表面活性剂的临界胶束浓度。

离子型表面活性剂胶团的结构为球形胶团，由内核、外壳和扩散双电层组成，离子型表面活性剂的内核由类似于液态烃疏水的碳氢链构成，其直径约l～2．8nm。由于邻近极性基-CH2-带有一定的极性，内核的周围仍有部分水分子存在，因此胶团内核中还含有较多的渗透水，此时，这种-CH2-基团并不完全是加入液态的碳氢链组成的内核，而是作为非液态胶团外壳的一部分。

胶团的外壳也称为胶团-水的“界面”或者表面相。胶团的外壳并非指胶团与水的宏观界面，而是指胶团与单体水溶液之间的一层区域。对于离子型表面活性剂胶团，此外壳由胶团双电层的最内层Stern层(或固定吸附层)组成，其厚约0．2～0．3nm。在胶团外壳中不仅有表面活性剂的离子头及固定的一部分反离子，而且由于离子的水化，胶团外壳还包括水化层。胶团的外壳并非一个光滑的面，而是一个“粗糙”不平的面。这是由于表面活性剂单体分子的热运动，引起胶团外壳的波动所致。

在非水(油性)介质中，油性分子占大多数，表面活性剂亲水基团在胶团内部构成极性基内核，而由疏水的碳氢链构成胶团的外壳，所形成的胶团与常规胶团相反，因此称之为反胶团，与之对应，在水中的胶束叫正胶团。图4为表面活性剂在非水溶液中形成的反胶团模型。近年来反胶团被广泛用于纳米药物载体的合成和制备中，例如，亲水性药物的包覆。

3、乳化作用

表面活性剂分子中亲水和亲油基团对油或水的综合亲合力。根据经验，将表面活性剂的HLB值范围限定在0-40，非离子型的HLB值在0-20。

混合加和性：HLB=（HLBa Wa+HLBb /Wb） / （Wa+Wb）

理论计算：HLB=∑（亲水基团HLB值）+∑（亲油基团HLB）-7

HLB：3-8 W /O型乳化剂：Tween；一价皂

HLB：8-16 O/W型乳化剂：Span；二价皂

一种或几种液体以大于10-7m直径的液珠分散在另一不相混溶的液体之中形成的粗分散体系称为乳状液。要使它稳定存在必须加乳化剂。根据乳化剂结构的不同可以形成以水为连续相的水包油乳状液(O/W)，或以油为连续相的油包水乳状液

(W/O)。有时为了破坏乳状液需加入另一种表面活性剂，称为破乳剂，将乳状液中的分散相和分散介质分开。例如原油中需要加入破乳剂将油与水分开。

4、起泡和消泡作用

表面活性剂在医药行业也有广泛应用。在药剂中，一些挥发油脂溶性纤维素、甾体激素等许多难溶性药物利用表面活性剂的增溶作用可形成透明溶液及增加浓度；药剂制备过程中，它是不可缺少的乳化剂、润湿剂、助悬剂、起泡剂和消泡剂等。“泡”就是由液体薄膜包围着气体。有的表面活性剂和水可以形成一定强度的薄膜，包围着空气而形成泡沫，用于浮游选矿、泡沫灭火和洗涤去污等，这种活性剂称为起泡剂。也有时要使用消泡剂，在制糖、制中药过程中泡沫太多，要加入适当的表面活性剂降低薄膜强度，消除气泡，防止事故。

5、助悬作用

在农药行业，可湿性粉剂、乳油及浓乳剂都需要有一定量的表面活性剂，如可湿性粉剂中原药多为有机化合物，具有憎水性，只有在表面活性剂存在的条件下，降低水的表面张力，药粒才有可能被水所润湿，形成水悬液。

表面活性剂用于矿石的浮选，就是运用助浮作用。搅拌并从池底鼓气，带有有效矿粉的气泡聚集表面，收集并灭泡浓缩，从而达到了富集的目的。不含矿石的泥砂、岩石留在池底，定时清除。当矿砂表面有5%被捕集剂覆盖时，就使表面产生憎水性，它会附在气泡上一起升到液面，便于收集。选择合适的捕集剂，使它的亲水基团只吸在矿砂的表面，憎水基朝向水。

6、消毒、杀菌

在医药行业中可作为杀菌剂和消毒剂使用，其杀菌和消毒作用归结于它们与细菌生物膜蛋白质的强烈相互作用使之变性或失去功能，这些消毒剂在水中都有比较大的溶解度，根据使用浓度，可用于手术前皮肤消毒、伤口或粘膜消毒、器械消毒和环境消毒；

7、去垢、洗涤作用

去除油脂污垢是一个比较复杂的过程，它与上面提到的润湿、起泡等作用均有关。洗涤剂中通常要加入多种辅助成分，增加对被清洗物体的润湿作用，又要有起泡、增白、占领清洁表面不被再次污染等功能。其中作为主要成分的表面活性剂的去污过程是：水的表面张力大，对油污润湿性能差，不容易把油污洗掉。加入表面活性剂后，憎水基团朝向织物表面和吸附在污垢上，使污垢逐步脱离表面。污垢悬在水中或随泡沫浮到水面后被去除，洁净表面被表面活性剂分子占领。

最后要说明的是，表面活性剂起作用，并不单单是因为某一方面的作用，很多情况下是多种因素共同作用。如在造纸工业中可以用作蒸煮剂、废纸脱墨剂、施胶剂、树脂障碍控制剂、消泡剂、柔软剂、抗静电剂、阻垢剂、软化剂、除油剂、杀菌灭藻剂、缓蚀剂等。

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