什么是表面活性剂?

[拼音]：biaomian huoxingji

[外文]：surfactant

一类具有表面活性的化合物，溶于液体(特别是水)后，能显著降低溶液的表面张力或界面张力，并能改进溶液的增溶、乳化、分散、渗透、润湿、发泡和洗净等能力。在精细化工中产量最大的表面活性剂是合成洗涤剂。表面活性剂主要用作乳化剂、破乳剂、渗透剂、发泡剂、消泡剂、润湿剂、分散剂、浮选剂、柔软剂、抗静电剂、防水剂等助剂，广泛应用于纺织、食品、医药、农药、化妆品、建筑、采矿等工业领域。

肥皂是使用最早的表面活性剂之一，公元前7～前6世纪已经开始使用。肥皂遇到硬水会产生沉淀，且在酸性溶液中不稳定。红油（又名土耳其红油），是蓖麻油硫酸化产物（阴离子表面活性剂），1875年首次由德国巴登苯胺纯碱公司合成，是第一个合成的表面活性剂，用于纺织和皮革工业。第一次世界大战时，德国研究成功从萘、丙醇或丁醇用发烟硫酸生产烷基萘磺酸盐，可以用来代替肥皂，因而节省了制皂用的动植物油脂。烷基萘磺酸盐的冼净能力虽然较差，但具有良好的润湿和渗透能力，且不受硬水或酸性溶液的影响，所以至今仍被广泛采用。1936年随着石油化工的发展，美国首先研究成功由苯和煤油制成烷基苯磺酸盐。后来，由于添加各种助剂和改进生产技术，以烷基苯磺酸盐为主要组分的合成洗涤剂，在应用性能和成本方面都比肥皂优越，开始大量在生产和生活中应用。此后，合成洗涤剂在洗涤用品总量中所占的比重逐年上升，1982年世界合成洗涤剂的产量已达28Mt，已经超过肥皂并继续增长。以合成洗涤剂为代表的表面活性剂的研究和生产发展迅速，现已成为重要的化工生产部门。表面活性剂的品种已有几千种。

各种表面活性剂的结构具有共同的特点，即分子中同时存在亲水基和亲油基(又称疏水基)（图1）。

亲水基通常是溶于水后容易电离的基团，如羧酸盐、磺酸盐、硫酸酯盐等，以及在水中不电离的羟基或聚氧乙烯基。亲油基能与油类互相吸引、溶解，通常是由石油或油脂组成的长碳链的烃基，可以是脂肪烃，也可以是芳香烃。如果表面活性剂分子中的亲水基性能强，就溶解于水；反之，如亲油基性能强，就溶于油。表面活性剂的这种亲水或亲油性能常用亲水亲油平衡值(HLB)来量度。HLB值愈大，亲水性愈强，愈易溶于水；HLB值愈小，亲油性愈强，愈易溶于油。表面活性剂溶于水后，能生成单分子膜和胶束（图2）。

表面活性剂分子在水中能自动定向吸附于水溶液-空气的界面处，亲水基伸向水溶液，亲油基伸向空气。表面活性剂分子通过界面吸附形成的单分子膜在界面处起着隔离作用，使空气和水溶液的接触面显著减少，因此水溶液的表面张力急剧下降。表面活性剂分子在水中还能通过亲油基之间的互相吸引，几十或几百地聚集起来形成胶束。胶束具有多种形状，如棒状、层状、球状等。由于胶束的外表是由方向朝外的亲水基所组成，与水没有相斥作用，所以能稳定地溶于水中。胶束的内部是由亲油基所组成，与水几乎脱离接触。一些原先不易溶于水的物质如油类、污垢等，由于能进入胶束而变得可以溶于水（见彩图）。表面活性剂溶液能形成胶束的最低浓度称为临界胶束浓度(CMC)。达到此浓度后，溶液的许多性质如表面张力、增溶力、洗净力、电导率、渗透压等都会发生显著的变化。一般表面活性剂的 CMC很低、为0.001～0.02mol/l，为了充分利用表面活性剂的性能，使用的浓度往往都大于CMC。表面活性剂在其他互不相溶的液体-液体、液体-固体两相体系中，也具有相似的性能。

表面活性剂有多种分类，通常按离子类型分类。凡溶于水后电离生成离子的，称离子表面活性剂;凡不电离的，称非离子表面活性剂。离子表面活性剂还可按分子中显示表面活性部分所带电荷的种类，再进一步区分为阴离子表面活性剂、阳离子表面活性剂和两性表面活性剂。阴离子表面活性剂如十二烷基苯磺酸钠：

阳离子表面活性剂如氯化十八烷基三甲基铵：

C18H37－N+(CH3)2－CH3Cl-

两性离子表面活性剂如十二烷基二甲基甜菜碱：

C12H25－N+(CH3)2－CH2COO-

非离子表面活性剂如壬烷基酚环氧乙烷加成物：

世界各国的表面活性剂生产中以阴离子表面活性剂的产量为最大，主要包括供洗涤用的肥皂和合成洗涤剂。非离子表面活性剂的产量居第二，但近来发展非常迅速，其重要性日益增加。高级醇和烷基酚的环氧乙烷加成物，由于环氧乙烷的加成量可以调节，因此可以制取HLB值不同的系列产品，例如吐温(Tween)系列等（见彩图）。阳离子和两性离子表面活性剂的产量虽然较小，却都具有某些特殊性能。表面活性剂商品通常不是单一成分，而是按不同用途由一种或数种表面活性剂，再加各类助剂、增白剂、着色剂、香料等配制而成。表面活性剂商品的外观形态有粒状、块状或片状固体、膏状物和液体等各类剂型。

参考书目

M.J.Rosen，Surfactants and Interfacial Phenomena， John Wiley & Sons，New York，1978.

参考文章

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