第5章表面活性劑5.1

概述5.1.1什么是表面活性劑

溶質的濃度對溶劑表面張力的影響有三種：1）物質的加入會使溶劑表面張力略微升高，屬于此類物質的強電解質有無機鹽、酸、堿等；2）物質的加入會使溶劑的表面張力逐漸下降，如低碳醇、羧酸等有機化合物；3）物質少量加入就會使溶劑表面張力急劇下降，但降到一定程度后，就變得很慢或幾乎不下降。各類物質水溶液的溶度與表面張力的關系像第三類物質那樣，加入很少量就能大大降低溶劑的表面張力，使表面呈現活性狀態的物質稱為表面活性劑。表面活性劑的加入不僅能明顯降低表面張力，而且它還具有潤濕或反潤濕，乳化或破乳，起泡或消泡，及增溶、分散等一系列作用.5.1.2表面活性劑分子的結構特點表面活性劑分子有兩種不同性質的基團所組成，一種是非極性的親油基團，另一種是極性的親水基團。表面活性劑達到形成單分子膜的最低濃度叫臨界膠束濃度（CMC）極稀溶液稀溶液臨界膠束濃度高于臨界膠束濃度不同碳鏈長度的脂肪酸鈉

對石蠟-水界面張力的影響（30℃）1）7碳原子以下，降低表面張力不明顯2）8~20個碳原子時，脂肪酸鈉鹽呈現明顯的表面活性。當親油基為直鏈或支鏈烷烴，8~20個碳原子時為合適；當親油基為烷基酚或苯基，8~16個碳原子時為宜。（1）按工業用途分類：滲透劑：脂肪醇聚氧乙烯醚，用于紡織品的印染勻染劑，緩染劑：脂肪醇硫酸鹽、脂肪醇或烷基酚的聚氧乙烯醚。織物在染色過程中，為促使染色均勻，不產生色條、色斑等疵點而添加的物質。對纖維或染料具有某種親和力，在染色過程中會與染料相互競爭染席，然后逐漸被染料所取代，起到緩染的作用柔軟劑、平滑劑：陽離子表面活性劑，季銨鹽型、脂肪酸酯型、石蠟型、聚乙烯醚型、有機硅等。吸附于織物表面，親油基烴鏈都向外整齊排列，降低了纖維之間摩擦系數，使纖維柔軟平整。抗靜電劑、防銹劑等。5.1.3表面活性劑的分類（1）按工業用途分類：乳化劑，分散劑：分散體系的穩定，涂料、油墨、印染、食品等凈洗劑：主要為肥皂、陰離子型或非離子型表面活性劑。用于去除在印染及后整理過程中殘留在紡織品上各種雜質、污垢、助劑、漿料等。潤濕劑：增加與基材的潤濕性，用于涂料、油漆殺菌劑：陽離子型表面活性劑。5.1.3表面活性劑的分類（1）按工業用途分類：起泡劑：十二烷基硫酸鈉脂肪醇、聚氧乙烯醚硫酸鈉、松香皂類發泡劑、動植物蛋白類等。洗滌劑，洗發香波，浴沐液，礦物浮選，蛋糕起泡劑等。

消泡劑：有高碳醇、礦物油、聚醚、硅樹脂等。用于清除膠乳、紡織上漿、食品發酵、生物醫藥、涂料、石油化工、造紙、工業清洗等行業生產過程中產生的有害泡沫。注：純水和純表面活性劑不起泡，這是因為它們的表面和內部是均勻的，很難形成彈性薄膜，即使形成亦不穩定，會瞬間消失。但在溶液中有表面活性劑的存在，氣泡形成后，由于分子間力的作用，其分子中的親水基和疏水基被氣泡壁吸附，形成規則排列，其親水基朝向水相，疏水基朝向氣泡內，從而在氣泡界面上形成彈性膜。泡沫的穩定性與表面粘性和彈性、電斥性、表面膜的移動、溫度、蒸發等因素有關。5.1.3表面活性劑的分類（2）按親水基類型分：表面活性劑溶于水能電離生成離子的叫做離子型表面活性劑（陰離子、陽離子和兩性表面活性劑)。不能電離的叫非離子型表面活性劑。（3）按分子量分：低分子量表面活性劑：200－1000中高分子量表面活性劑：1000以上5.1.3.1陰離子表面活性劑（1）羧酸鹽類

通式RCOOˉM+,R為長烴鏈，M＋為金屬離子。俗稱肥皂，以油脂與堿皂化制造。（2）硫酸酯鹽類

通式為R-OSO3M，以高級脂肪醇與硫酸酯化劑酯化制備。典型代表十二烷基硫酸酯鈉鹽，良好的乳化、發泡性能。但是因為C與O相連，耐熱性差，在酸性介質中水解，（3）磺酸鹽一般以R－SO3Na表示，C與S相連，在酸性介質中不水解，耐熱性好。

烷基苯磺酸鈉

烷基萘磺酸鈉：十二烷基苯磺酸鈉，洗衣粉的主要原料

4）磷酸酯鹽類

一般式ROPO3Na2和（RO）2PO2Na單酯鹽雙酯鹽性質與硫酸酯鹽相近，抗電解質、硬化能力較強，洗凈能力好，為低泡性表面活性劑。可作為凈洗劑、潤濕劑、乳化劑、抗靜電劑和抗蝕劑。缺點：污染環境、影響水質5.1.3.2陽離子表面活性劑

這類表面活性劑分為兩類：（1）銨鹽類表面活性劑，可由高級胺(C12-18，伯、仲、叔）用鹽酸或醋酸處理而得：或由高級胺用與環氧乙烷反應制備：(2)季銨鹽類由叔胺與烷基化劑銨化制得:烷基三甲基季銨鹽:加熱加壓烷基二甲基芐基氯化銨:陽離子表面活性劑的特點(1)易吸附在固體表面（用于礦物浮選、織物柔順劑、抗靜電劑等）(2)殺菌作用Antimicrobialmechanism

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

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

AFMimagesofE.coli(ATCC11229)UntreatedE.coliE.colitreated5.1.3.3兩性表面活性劑兩性表面活性劑分子中同時具有可電離的陽離子和陰離子。陽離子部分都是由銨鹽或季胺鹽做親水基，而陰離子部分可以是羧酸鹽、硫酸酯鹽、磺酸鹽等。其中陰離子為羧基、陽離子為胺鹽的叫氨基酸型兩性表面活性劑，通式為:

RNHCH2CH2COOM例如十二烷基氨基丙酸鈉鹽

C12H25NHCH2CH2COONa由季胺鹽構成陽離子部分的叫甜菜堿型兩性表面活性劑。通式：其中R=C12~C18兩性表面活性劑在水中電離時，因同時存在兩種電荷，因此有一個等電點pI，溶液的pH值低于pI時，是陽荷性，具有陽離子表面活性劑作用；當pH高于pI時，呈負電性，具有陰離子表面活性劑的作用。在等電點附近時則呈非離子型表面活性劑性質。特點：水溶性好，發泡能力強，去污力強；毒性低，對皮膚刺激性小，有良好的生物降解性和抗微生物能力，優良的抗靜電性和柔軟平滑性，與其它表面活性劑相容性好。但是價格較貴。5.1.3.4非離子表面活性劑親水基為羥基－OH和醚鍵－O－由于親水性較弱，必須由幾個羥基或醚鍵才能發揮親水作用，與只有一個親水基團的陰離子或陽離子表面活性劑不同。特點：溶液中不呈離子態，所以穩定性高，不受強電解質和酸堿的影響，與其它類型的表面活性劑相容性好，也不易在固體表面富集。非離子型表面活性劑按親水基分類，有聚乙二醇型和多元醇型，兩者性能和用途有較大差異。（1）聚乙二醇型非離子表面活性劑

1）高級脂肪醇與環氧乙烷加成物

所用脂肪醇有：月桂醇、十六醇、油醇、鯨蠟醇等2）烷基酚和環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）脂肪酸與環氧乙烷的加成物

所用脂肪酸有：硬脂酸、月桂酸、油酸等4）高級脂肪胺和脂肪酰胺的環氧乙烷加成物

5）聚丙二醇的環氧乙烷加成物