表面活性剂的应用于发展趋势

研究生论文综述

题目 表面活性剂的应用与发展趋势

学生姓名 王双威

教学院系 研究院

专业年级 应用化学硕士10级11班

指导教师 朱元强

单 位

辅导教师

单 位 职 称 职 称 副教授 学 号 201020643

完成日期

2010 年 12 月 30 日

表面活性剂的应用于发展趋势

王双威 应用化学 201020643

摘要:阐述了我国表面活性剂在各个方面的应用、行业发展状况以及与国外的差距, 对我国表面活性剂及其相关行业的发展方向及现有产品结构的调整提出建议。

关键词:表面活性剂; 应用; 发展趋势

Applications and development tendency of surfactant

SHUANGWEI WANG

(Department of Chemistry,Southwest Petroleum University ,Chengdu 610500 , China)

Abstract : The applications of surfactant ,development situation of the surfactant industry in China ,and existing gaps between in China and in developed countries are described.Adjustment of surfactant and current product structure and the development trends of surfactant and related industry in China are also suggested.

Key words : surfactant ; application ; development tendency

1 介绍

表面活性剂是指一类在很低浓度时就能显著降低水的表面张力的化合物, 依其亲水基的结构分为阴离子表面活性剂、阳离子表面活性剂及非离子表面活性剂[1]。表面活性剂具有

，分子结构具有两亲性：一端为亲水基团，

常为非极性烃链，如8个碳原子

以上烃链[3]。它达到一定浓度

后可缔合形成胶团, 从而具有

润湿或抗粘、乳化或破乳[4]、

起或消泡以及增溶、分散、洗

涤、防腐 [5]、防静电等一系列

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[6]

。近年来

2005年各行业消耗表面活性剂情况[7,8,9]

中国表面活性剂工业得到了迅速的发展。2005年全国主要生产企业表面活性剂的总产量（不含皂类）至少达115万吨，其中a-SAA 仍占主导地位 ，约占总量的74.9%，；n-SAA 占22.7%；c-SAA 占1.6%；z-SAA 占0.8%[10]。目前，我国表面活性剂工业的生产规模已经相当可观，设备和技术正逐步向国际水平看齐，产品数量、种类和质量都有大幅度增长和提高。

2 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[11]。

一 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[12]。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。

二 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[13]。

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。

三 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[14]。

下面，就其中某些方面做一些详细介绍。

（1） 在造纸工业中表面活性剂

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

[15]、杀菌灭藻剂、缓蚀剂等。

（2） 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; 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; 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。

（3） 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; 而且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。

（4） 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。从技术角度上来说，目前只是温度和含盐度还有一定的限制，其它限制都属于经济问题，随之技术的提高，成本的降低，其适用范围会大大展宽

[16]。

（5） 含氟表面活性剂从结构上也可分为阴离子型、阳离子型、非离子型和两性离子型4 类。而某一类型的表面活性剂又根据所含基团结构不同可形成各种系列的产品[17]。含氟表面活性剂应用领域广阔, 从化学工业、机械工业、电子工业到纺织印染工业、皮革工业、橡胶塑料业、涂料油墨业以及石油、煤炭、采矿和造纸等都有广泛应用, 它可用作防污耐侯耐久性涂料、模具脱模剂、涂料助剂、流平剂、颜料分散剂、塑料和橡胶等表面改性剂、防水剂、防油剂和防污剂等[18,19]。而纺织印染工业已成为含氟表面活性剂最大的应用领域, 越来越多的新材料要求具有防污、易去污的性能, 在高分子天然材料和合成材料的表面进行氟化改性已成为国内外复合材料领域的研究热点[20]。

表2 含氟表面活性剂的特性与应用[21,22,23,24]

Tab.2 Application and speciality of fluorosurfactant

（6） 表面活性剂在水质分析领域也有所应用。一般情况下水中各种离子含量不高, 因此对于水中各种离子的简便而快速的分析方法通常选用分光光度法。近年来人们致力于以表面活性剂提高分光光度法的灵敏性和选择性, 使得许多高灵敏体系相继问世, 对某些试验条件适应范围更大, 准确度进一步提高, 取得了令人注目的成果。具体情况见表3

表3 表面活性剂在水质分析领域的应用情况[25]

（7） 离子型表面活性剂 离子型表面活性剂具有离子交换性, 可用作离子交换剂或离子载体。作为液体离子交换剂的表面活性剂有伯、仲、叔胺和季按盐, 为阴离子交换剂, 硝酸醋、高分子量竣酸及烷基苯磺酸等, 为阳离子交换剂, 在分析化学中, 它们可用于萃取、萃取色层分析。离子交换型液膜电极中, 离子型表面活性剂可用作交换剂, 如用甲基三辛酞按作交换剂, 一癸酸作溶剂的有机酸甲酸、乙酸、乙二酸、苯甲酸、水杨酸等电极[26]。表面活性剂在分析化学各领域, 如光度分析、发光分析、容量分析、极谱与伏安法、离子电极、原子吸附、色谱分析、分析与富集等用作增效试剂, 获得良好效果。有人建议统称“ 增效分析法” 。

3 国外技术发展现状及趋势

表面活性剂行业作为国民经济的重要组成部分, 其发展水平已被视为各国高新化工技术产业的重要标志, 并成为当今世界化学工业激烈竞争的焦点[27]。目前, 发达国家在该领域的研究已具备了完整的体系, 能够实现产品研究开发多样化、系列化, 开发力度非常大, Janus 颗粒

表面活性剂表面活性剂驱油的研究始于年代, 年代中期, 美国和前苏联相继在矿场进行试验, 所用表面活性剂主要是各种磺酸盐, 这已成为三次采油提高采收率的组分。虽然受油价、表面活性剂生产成本及其他因素的影响, 美国、加拿大等对表面活性剂驱研究没有间断, 但是表面活性剂驱先导试验的数量在减少。我国的表面活性剂驱一直未形成规模。以含氟表面活性剂的研究为例[28], 世界上只有少数几个国家, 如美、英、法、德、日生产[29]。这些国家拥有的生产量和消费市场, 并正以年均一的速度增长。产品如今已形成能满足广泛需要的

系列, 其品种已多达多种。我国目前仅有少量产品面市, 因此无论是产品品种及数量、质量、应用领域都不能与发达国家相比。4 我国表面活性剂领域的现状

在表面活性剂领域, 我国的研究开发能力和产业化基础都还比较薄弱, 与国外水平还有所差距, 尤其在高新技术领域差距更大[33]。我国表面活性剂的生产情况见下表近年来国内硅氟表面活性剂正以其独特的性能引起广泛的关注，我国在这方面也做了部分研究并已经有部分

国内表面活性剂的生产状况[30,31,32] 产品面世。目前, 对离子液体型表面活性剂的应用研究主要集中在乳液聚合及生物酶催化反

应。我国阴离子表面活性剂目前已经生产并使用的主要有十二烷基苯磺酸（简称LAS ）、脂肪醇醚硫酸钠（简称AES ）、脂肪醇硫酸钠（简称AS ）、脂肪醇（醚）硫酸铵（简称铵盐，AESA ，LSA ）、 -烯基磺酸钠（简称AOS ）、脂肪醇（醚）磷酸盐（MAP ）、醇醚羧酸盐（AEC ）

、磺基

琥珀酸盐、氨基酸盐等[34,35]。其它还有如重烷基苯磺酸盐、石油磺酸盐、萘磺酸盐、木质素磺酸盐等阴离子表面活性剂，但这些表面活性剂特用于某些工业领域，故未列入本文的统计中。在阴离子表面活性剂中，磺酸盐、硫酸盐类表面活性剂占据了绝对主要的市场地位和产销量，这类表面活性剂的现状和发展趋势大致代表了阴离子表面活性剂的现状和发展。目前国内几乎全部采用SO 3气相膜式磺化技术生产磺酸盐、硫酸盐类阴离子表面活性剂，氯磺酸、烟酸等磺化工艺已基本淘汰[36,37,38]。在众多的磺化、硫酸化类阴离子表面活性剂中，L A S作为传统的表面活性剂依然保持着主要的市场份额。AES 、AOS 、MES 等表面活性剂已经表现出良好的发展势头，在今后3～5 年内将会发展壮大，甚至取代部分LAS 。AESA 、LSA 铵盐主要应用于中高档洗化个人护理用品，由于相应市场的限制，发展速度比较平缓，市场规模也比较小[39]。

5 表面活性剂发展趋势

1、 总体用量将持续稳定地增长随着我国经济社会的高速发展，人民生活水平的不断提高，与人民生活密切相关的洗涤剂、化妆品及表面活性剂等行业都将得到快速发展。另外表面活性剂在各个工业应用领域的拓展，大大增加了表面活性剂的市场需求，刺激了表面活性剂的创新和发展[140,41]。具体情况见下表：

2、 新产品将不断涌现，产品结构将得到优化。因行业发展和技术进步的需要，也迫于企业竞争的压力，表面活性剂生产企业必将更加注重技术创新和新产品开发。因而新型表面活性剂将不断涌现，产品结构将进一步优化，

性能优良或独特的新产品将得到更多的开发

和应用[42]。

3、 生产企业向专业化、规模化方

向发展以往表面活性剂的生产大多依附于洗涤剂厂或日化厂，很多以配套自用为主，规模较小、布局分散。近年来已逐步向专业化、规模化方向发展，目前已经出现如南京金桐、抚顺洗化、湖南丽臣、中轻物产化工、浙江赞成、吉化电石等规模较大或专业性较强的企 业，至2006 年底上述企业磺化装置的总产能都将达到9t/h以上[43,44]。

5、 醇系表面活性剂将得到快速发展醇系表面活性剂（如A E S 、AS 、AESA 、LSA 、APG 、MAP 等）的优良性能早已为业内所熟悉，并已经得到广泛的应用。天然脂肪醇无论是国内还是国外, 在最近几年内都将得到跳跃式的发展[145,46,47]。

6、 MES 市场前景广阔，倍受业内关注M E S 因优良的性能、可再生的原料资源、低廉的成本、良好的环境和生态适应性[48,49]，具有广阔的开发应用前景，也倍受业内关注。

7、 LAB 及LAS 的发展将受到巨大的冲击和制约L A S 一直来以其优良的性能和低廉的价格得到广泛的应用，目前为止仍是表面活性剂中用量最大、应用范围最广的产品[50]。

8、 着石油价格不断上涨，对环境、生态及使用安全性的日益关注，以及醇系表面活性剂、MES 、AOS 等更具优势或竞争力产品的发展及替代[51,52,53]，都将对LAS 的进一步发构成巨大的冲击和威胁，因而LAS 未来的发展将受到严重的影响和制约。

9、 表面活性剂推动了诸多行业的发展，但是大量使用表面活性剂带来的生态破坏和环境污染也越来越严重。近年来，随着人们环保意识的不断提高，为保护人类的生存环境，实现可持续发展的目标，研究和开发一批温和、安全、高效、易生物降解、保护环境的绿色表面活性剂已经刻不容缓[54]。绿色表面活性剂一般是以天然可再生资源为原料，通过清洁反应制备出的具有两亲性结构的物质，对人体刺激小，易生物降解。未来绿色表面活性剂工业发展趋向主要是: ( 1) 提高表面活性剂的生物降解性。表面活性剂的可生物降解性将成为未来表面活性剂发展的重要方向，生命周期评价也将成为表面活性剂绿色化过程中的一个重要指标。( 2) 大力开发和利用天然可再生资源。开发和利用天然脂肪醇和棕榈油、糖类、淀粉等原料制备表面活性剂，可最大限度的降低表面活性剂中的有毒物质，使其符合生态与环保要求[55]。( 3) 反应过程的绿色化。采用绿色原料、催化剂、溶剂以降低表面活性剂在制备过程对环境产生的污染。( 4) 表面活性剂的功能性和有效性。开发和制备一批具有高效功能性的表面活性剂，具有重要的意义[56]。但是在研究和开发绿色表面活性剂产品的同时，应进一步加大绿色表面活性剂的使用力度，促使我国绿色表面活性剂事业实现飞速发展，进而带动我国其他行业的快速发展[57,58,59]。

10、 其它磺化产品应用前景广阔、市场潜力巨大除上述阴离子表面活性剂之外，还有如仲烷基磺酸盐、重烷基苯磺酸盐、石油磺酸盐、萘磺酸盐、木质素磺酸盐、酚醚硫酸盐、烷基二苯醚磺酸盐、芳基烷基磺酸盐、磺化油脂、磺化羊毛脂、磺化大豆磷脂、磺化脂肪酸酯类、氨基酸盐类、磺基琥珀酸盐类等等[60,61,62]。这些阴离子表面活性剂都有各自的特性和应用领域，应用前景也十分广阔，值得表面活性剂及相关领域专家、学者和企业家的关注。 参考文献

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