第五章-表面活性剂

第5章表面活性剂5.1

概述5.1.1什么是表面活性剂

溶质的浓度对溶剂表面张力的影响有三种：1）物质的加入会使溶剂表面张力略微升高，属于此类物质的强电解质有无机盐、酸、碱等；2）物质的加入会使溶剂的表面张力逐渐下降，如低碳醇、羧酸等有机化合物；3）物质少量加入就会使溶剂表面张力急剧下降，但降到一定程度后，就变得很慢或几乎不下降。各类物质水溶液的溶度与表面张力的关系像第三类物质那样，加入很少量就能大大降低溶剂的表面张力，使表面呈现活性状态的物质称为表面活性剂。表面活性剂的加入不仅能明显降低表面张力，而且它还具有润湿或反润湿，乳化或破乳，起泡或消泡，及增溶、分散等一系列作用.5.1.2表面活性剂分子的结构特点表面活性剂分子有两种不同性质的基团所组成，一种是非极性的亲油基团，另一种是极性的亲水基团。表面活性剂达到形成单分子膜的最低浓度叫临界胶束浓度（CMC）极稀溶液稀溶液临界胶束浓度高于临界胶束浓度不同碳链长度的脂肪酸钠

对石蜡-水界面张力的影响（30℃）1）7碳原子以下，降低表面张力不明显2）8~20个碳原子时，脂肪酸钠盐呈现明显的表面活性。当亲油基为直链或支链烷烃，8~20个碳原子时为合适；当亲油基为烷基酚或苯基，8~16个碳原子时为宜。（1）按工业用途分类：渗透剂：脂肪醇聚氧乙烯醚，用于纺织品的印染匀染剂，缓染剂：脂肪醇硫酸盐、脂肪醇或烷基酚的聚氧乙烯醚。织物在染色过程中，为促使染色均匀，不产生色条、色斑等疵点而添加的物质。对纤维或染料具有某种亲和力，在染色过程中会与染料相互竞争染席，然后逐渐被染料所取代，起到缓染的作用柔软剂、平滑剂：阳离子表面活性剂，季铵盐型、脂肪酸酯型、石蜡型、聚乙烯醚型、有机硅等。吸附于织物表面，亲油基烃链都向外整齐排列，降低了纤维之间摩擦系数，使纤维柔软平整。抗静电剂、防锈剂等。5.1.3表面活性剂的分类（1）按工业用途分类：乳化剂，分散剂：分散体系的稳定，涂料、油墨、印染、食品等净洗剂：主要为肥皂、阴离子型或非离子型表面活性剂。用于去除在印染及后整理过程中残留在纺织品上各种杂质、污垢、助剂、浆料等。润湿剂：增加与基材的润湿性，用于涂料、油漆杀菌剂：阳离子型表面活性剂。5.1.3表面活性剂的分类（1）按工业用途分类：起泡剂：十二烷基硫酸钠脂肪醇、聚氧乙烯醚硫酸钠、松香皂类发泡剂、动植物蛋白类等。洗涤剂，洗发香波，浴沐液，矿物浮选，蛋糕起泡剂等。

消泡剂：有高碳醇、矿物油、聚醚、硅树脂等。用于清除胶乳、纺织上浆、食品发酵、生物医药、涂料、石油化工、造纸、工业清洗等行业生产过程中产生的有害泡沫。注：纯水和纯表面活性剂不起泡，这是因为它们的表面和内部是均匀的，很难形成弹性薄膜，即使形成亦不稳定，会瞬间消失。但在溶液中有表面活性剂的存在，气泡形成后，由于分子间力的作用，其分子中的亲水基和疏水基被气泡壁吸附，形成规则排列，其亲水基朝向水相，疏水基朝向气泡内，从而在气泡界面上形成弹性膜。泡沫的稳定性与表面粘性和弹性、电斥性、表面膜的移动、温度、蒸发等因素有关。5.1.3表面活性剂的分类（2）按亲水基类型分：表面活性剂溶于水能电离生成离子的叫做离子型表面活性剂（阴离子、阳离子和两性表面活性剂)。不能电离的叫非离子型表面活性剂。（3）按分子量分：低分子量表面活性剂：200－1000中高分子量表面活性剂：1000以上5.1.3.1阴离子表面活性剂（1）羧酸盐类

通式RCOOˉM+,R为长烃链，M＋为金属离子。俗称肥皂，以油脂与碱皂化制造。（2）硫酸酯盐类

通式为R-OSO3M，以高级脂肪醇与硫酸酯化剂酯化制备。典型代表十二烷基硫酸酯钠盐，良好的乳化、发泡性能。但是因为C与O相连，耐热性差，在酸性介质中水解，（3）磺酸盐一般以R－SO3Na表示，C与S相连，在酸性介质中不水解，耐热性好。

烷基苯磺酸钠

烷基萘磺酸钠：十二烷基苯磺酸钠，洗衣粉的主要原料

4）磷酸酯盐类

一般式ROPO3Na2和（RO）2PO2Na单酯盐双酯盐性质与硫酸酯盐相近，抗电解质、硬化能力较强，洗净能力好，为低泡性表面活性剂。可作为净洗剂、润湿剂、乳化剂、抗静电剂和抗蚀剂。缺点：污染环境、影响水质5.1.3.2阳离子表面活性剂

这类表面活性剂分为两类：（1）铵盐类表面活性剂，可由高级胺(C12-18，伯、仲、叔）用盐酸或醋酸处理而得：或由高级胺用与环氧乙烷反应制备：(2)季铵盐类由叔胺与烷基化剂铵化制得:烷基三甲基季铵盐:加热加压烷基二甲基苄基氯化铵:阳离子表面活性剂的特点(1)易吸附在固体表面（用于矿物浮选、织物柔顺剂、抗静电剂等）(2)杀菌作用Antimicrobialmechanism

A.Kawabata,etal.CarbohydratePolymers67(2007),375-389

(1)Bacterialmembraneisstabilizedbysodiumandpotassiumionsandphospholipids;(2)Cationicpolymerreplacemetalionsandbindstoacidicphospholipids;(3)Cationicpolymerinducesaphospholipidsphaseseparation;(4)Destabilizedzonesaggregateandleadingtoadamageofmembrane.Theleakageofinnercomponentsfinallyleadstothedeathofthecells.

AFMimagesofE.coli(ATCC11229)UntreatedE.coliE.colitreated5.1.3.3两性表面活性剂两性表面活性剂分子中同时具有可电离的阳离子和阴离子。阳离子部分都是由铵盐或季胺盐做亲水基，而阴离子部分可以是羧酸盐、硫酸酯盐、磺酸盐等。其中阴离子为羧基、阳离子为胺盐的叫氨基酸型两性表面活性剂，通式为:

RNHCH2CH2COOM例如十二烷基氨基丙酸钠盐

C12H25NHCH2CH2COONa由季胺盐构成阳离子部分的叫甜菜碱型两性表面活性剂。通式：其中R=C12~C18两性表面活性剂在水中电离时，因同时存在两种电荷，因此有一个等电点pI，溶液的pH值低于pI时，是阳荷性，具有阳离子表面活性剂作用；当pH高于pI时，呈负电性，具有阴离子表面活性剂的作用。在等电点附近时则呈非离子型表面活性剂性质。特点：水溶性好，发泡能力强，去污力强；毒性低，对皮肤刺激性小，有良好的生物降解性和抗微生物能力，优良的抗静电性和柔软平滑性，与其它表面活性剂相容性好。但是价格较贵。5.1.3.4非离子表面活性剂亲水基为羟基－OH和醚键－O－由于亲水性较弱，必须由几个羟基或醚键才能发挥亲水作用，与只有一个亲水基团的阴离子或阳离子表面活性剂不同。特点：溶液中不呈离子态，所以稳定性高，不受强电解质和酸碱的影响，与其它类型的表面活性剂相容性好，也不易在固体表面富集。非离子型表面活性剂按亲水基分类，有聚乙二醇型和多元醇型，两者性能和用途有较大差异。（1）聚乙二醇型非离子表面活性剂

1）高级脂肪醇与环氧乙烷加成物

所用脂肪醇有：月桂醇、十六醇、油醇、鲸蜡醇等2）烷基酚和环氧乙烷的加成物所用烷基酚有：壬基酚、辛基酚、辛基甲酚等3）脂肪酸与环氧乙烷的加成物

所用脂肪酸有：硬脂酸、月桂酸、油酸等4）高级脂肪胺和脂肪酰胺的环氧乙烷加成物

5）聚丙二醇的环氧乙烷加成物