王军.特种表面活性剂发展现状

特种表面活性剂发展现状

王军郑州轻工业学院

表面活性剂的一般结构

表面活性剂是指能富集于界面、并对界面性质产生显著影响的一类物质表面活性剂从结构上看均为两亲分子，即同时具有亲水的极性基团和憎水的非极性基团。极性头C8－18长链烷基等非极性基团表面活性剂分类表面活性剂通常采用其极性基团的结构来分类：离子型非离子型阳离子型阴离子型两性型表面活性剂表面活性剂分类表面活性剂按其组成结构来分类：常规表面活性剂表面活性剂特种表面活性剂特种表面活性剂

结构特殊、含有其他元素、产量小、性能独特的表面活性剂，人们把它们称之为特种表面活性剂元素表面活性剂特种表面活性剂结构特殊表面活性剂特种表面活性剂分类含氟表面活性剂含硅表面活性剂元素表面活性剂含磷表面活性剂含硼表面活性剂含锗表面活性剂特种表面活性剂分类

双子型表面活性剂

Bola型表面活性剂冠醚型表面活性剂结构特殊表面活性剂反应型表面活性剂螯合型表面活性剂阴-阳离子复合型表面活性剂高分子型表面活性剂等1、氟表面活性剂

常规表面活性剂分子中碳氢链中的氢原子部分或全部用氟原子取代，就成为氟表面活性剂。CnF2n+1CFCnF2n+1OCF2CF2—CFOCF3CCl2(CF2CFCl)n-1CF2—CFClCnF2n+1CH2CH2Si(CH3)2—CFHSi1、氟表面活性剂

氟表面活性剂具有“三高二憎”特性，即高表面活性、高耐热稳定性、高化学惰性、憎水性和憎油性。

(1)高表面活性：氟表面活性剂的表面张力在15mN·m-1以下，烃类表面活性剂为27mN·m-1，硅酮类表面活性剂为22mN·m-1。

1、氟表面活性剂(2)高耐热性能

C­—F键键能(485.6KJ·mol-1)>C­—H键键能(413KJ·mol-1)，氟原子体积>氢原子，使C—C键因氟原子的屏蔽作用而得到保护，故氟表面活性剂具有较高的耐热及化学稳定性。

C6F13OC6H4SO3Na分解温度为375℃1、氟表面活性剂(3)高化学稳定性：氟表面活性剂不会与各种强氧化剂、强酸和强碱发生反应而分解，在强氧化剂、强酸、强碱及强电解质中稳定，而且在这种溶液中仍能保持良好的表面活性。(4)憎水性和憎油性：氟碳表面活性剂所含氟烷基兼具疏水性和疏油性，因此不仅在水中，而且在有机溶剂中也呈现出良好的表面活性，尤其导入极性较低的亲油基团时，可更加有效地降低溶剂的表面张力。1、氟表面活性剂2、含硅表面活性剂

有机硅表面活性剂主要是指是以聚二甲基硅氧烷为其疏水主链，在其中间位或端位连接一个或多个有机极性基团而构成的一类表面活性剂。按照表面活性剂中亲水基的离子类型，有机硅表面活性剂和常规表面活性剂一样，可以分为四类，即阴离子表面活性剂，阳离子表面活性剂，两性表面活性剂和非离子表面活性剂。R3-Si-CnH2nCOOH2、含硅表面活性剂（1）界面性能

硅氧烷表面活性剂在水溶液和非水溶液中都具有表面活性。二甲基硅氧烷表面活性剂不仅在水溶液中，而且在有机溶剂中，它们的表面张力都可下降到20mN﹒m-1～21mN﹒m-1。相当于纯二甲基硅氧烷的表面张力。2、含硅表面活性剂（2）超润湿性

三硅氧烷表面活性剂不但能降低油水界面的界面张力；同时，还能在低能疏水表面(如聚苯乙烯表面)润湿扩展，这一能力称为“超润湿性”或“超扩展性”。这种现象被认为是在溶液中存在特殊的表面活性剂聚集体。（3）与CO2的作用

聚氧乙烯醚三硅氧烷表面活性剂可以使CO2和水形成乳液，通过调节EO数，改变表面活性剂的“亲水亲CO2平衡(HCB)”，可以使乳液由CO2包水(W/C)转变为水包CO2(C/W)。3、含硼表面活性剂

硼原子是一个缺电子原子，形成化合物时的成键特性可归纳为3点：共价性、缺电子和多面体习性。硼是一个亲氧元素，它能形成许多含有B-O键的化合物。3、含硼表面活性剂（1）抗摩擦性

硼酸酯表面活性剂抗磨润滑机理是形成了边界润滑膜。硼酸酯表面活性剂分子经过吸附、裂解、聚合、缩合、沉积以及摩擦渗硼等复杂的过程，在摩擦表面产生吸附膜、摩擦聚合物膜、表面沉积膜与渗透膜，减少了摩擦，从而起到抗磨作用。（2）防锈性能

有机硼系咪唑啉防锈剂属于吸附膜型防锈剂，它的吸附基的中心原子(N)电子云密度高，可向金属表面提供电子形成配位键，从而吸附在金属表面，形成覆盖的保护膜。3、含硼表面活性剂（3）抗静电性

塑料制品中使用的传统非离子抗静电剂是通过不断迁移到表面，分子中的亲水基吸附空气中的水分，在制品表面形成水膜，从而实现抗静电作用。因此，具有很强的湿度依赖性。而有机硼酸酯结构中的半极性的硼螺环结构，由于类似于离子态，自身具有较强的静电衰减能力，故抗静电性能的实现对湿度依赖性大大降低。3、含硼表面活性剂（4）阻燃性

硼酸酯表面活性剂还具有一定的阻燃性，可用于防火材料的添加剂。（5）抗菌性能

硼原子具有杀菌作用，硼酸就是医药中常用的消毒剂。硼酸酯表面活性剂的杀菌作用可使水中微生物繁殖能力下降，提高表面活性剂的应用效率；同时硼酸酯表面活性剂毒性低。

4、双子表面活性剂

4、双子表面活性剂

亲水柔性间隔基型亲水性联接基亲水刚性间隔基型联接基亲油柔性间隔基型亲油性联接基亲油刚性间隔基柔性指碳链较短的碳氢链、亚二甲苯基、对二苯代乙烯基等；刚性指较长的碳氢链、聚氧乙烯链、杂原子等

4、双子表面活性剂

对称型双子表面活性剂疏水基不对称C-HC-F

非对称型亲水基不对称疏水基和亲水基均不对称4、双子表面活性剂（1）临界胶束浓度

比相应的传统表面活性剂低1-2个数量级。

m-s-m型双子表面活性剂，联接链s的长度对cmc的影响成非线性关系，当s=4-6时，cmc值达到最大。亲水基为阳离子基团的双子表面活性剂，cmc值随端基极性增加和联接链长度的减小而急剧降低。亲水基为阴离子表面活性剂比起相应的阳离子，其cmc值更低。4、双子表面活性剂（2）胶束形态

刚性联接基团的双子表面活性剂分子内烷烃链间的聚集作用难以实现，因而形成亚胶束，在水溶液中，主要以线性形式存在；柔性联接基团的双子表面活性剂则在水溶液中，同一分子的两个烷烃链将弯向同一侧，构成传统意义上的胶束。对于m-s-m型双子表面活性剂，随亚甲基联接链增长，其聚集态会发生系列变化，从圆筒状胶束变为球状胶束，再转变为囊泡结构。

4、双子表面活性剂（3）协同作用

混合体系在表面张力降低效率和降低能力方面都存在着强协同作用。与普通阳离子表面活性剂相比，阳离子型双子表面活性剂与阴离子型普通表面活性剂复配体系在生成胶束能力方面有很强的协同作用。这主要由以下两个因素决定：(1)两个离子头基靠联接基团通过化学键联接造成两个表面活性剂单体离子的紧密联接；(2)一个阳离子型双子表面活性剂分子带两个正电荷，而一个普通阳离子表面活性剂只带有一个正电荷。5、Bola型表面活性剂

Bola化合物有三种类型：单链型，双链型和半环形。Bola化合物的亲水基既有离子型，也有非离子型；疏水基可以是支、直链饱和烷烃或碳氟基团，也可以是不饱和的、带分支的或带有芳香环的基团。5、Bola型表面活性剂（1）降低表面张力的能力不是很强

5、Bola型表面活性剂（2）是Bola化合物溶液的表面张力－浓度曲线往往出现两个转折点，在溶液浓度大于第二转折点后溶液表面张力保持恒定。聚丙二醇二硫酸钠盐(PPGS)水溶液的表面张力和cmc

5、Bola型表面活性剂（3）溶液的表面吸附

6、生物表面活性剂生物表面活性剂(Biosurfactants，简称BS)是指由细菌、酵母和真菌等多种微生物产生的具有表面活性剂特征的化合物。杆菌或其它物种合成的脂肽假单胞菌和假丝酵母菌合成的糖脂生物表面活性剂氧化硫硫杆菌合成的磷脂不动杆菌合成的多糖脂混合物有些微生物细胞6、生物表面活性剂

糖脂系海藻糖脂、鼠李糖脂酰基缩氨基酸系脂肽、脂氨基酸生物表面活性剂中性脂/脂肪酸甘油脂、脂肪酸磷脂系磷脂酰胆碱、磷脂酰乙醇胺聚合物脂杂多糖、脂多糖复合物6、生物表面活性剂生物表面活性剂的特性

（1）化学结构更为复杂和庞大，单个分子占据更大的空间，因而显示出较低的临界胶束浓度。（2）无毒或低毒、可生物降解，对环境不造成污染。（3）可用微生物方法引入化学方法难以合成的新化学基团，使其结构多样化，具有特殊的官能团，专一性强，可以用于特殊领域。6、生物表面活性剂生物表面活性剂的特性

（4）生物相容性好，一般不会导致过敏，可消化，可用作化妆品、食品和功能食品的添加剂。（5）具有更好的环境相容性、更高的起泡性，在极端温度、pH值、盐浓度下具有很好的选择性和专一性。7、反应型表面活性剂

（1）反应型表面活性剂的类型

7、反应型表面活性剂（2）主要用途

可聚合乳化剂表面活性引发剂表面活性修饰剂固体表面表面活性交联剂涂料表面活性链转移剂8、螯合性表面活性剂

8、螯合性表面活性剂其中R=CnH2n+1N-烷基ED3A

或CnH2nCON-酰基ED3A8、螯合性表面活性剂螯合性表面活性剂的性能

8、螯合性表面活性剂螯合能力

月桂酰ED3A为例，在低浓度时，其CV值为20mgCaCO3·g-1；而在85g/L时，达到190mgCaCO3·g-1。其他类型的表面活性剂的CV值一般不超过30mgCaCO3·g-1。N-酰基ED3A可以螯合多种多价金属离子，与之形成络合物。经红外伸缩振动分析，N-酰基ED3A对各种金