化学化工表面活性剂的结构特点与应用刘瞻(怀化学院化学与化学工程系,湖南怀化418008)摘要:从化学结构上分析了表面活性剂的类型和特点以及在实际应用中的作用1关键词:表面活性剂;化学结构;作用中图分类号:O64712文献标识码:A文章编号:1671-9743(2004)05-0033-05收稿日期:2004-06-23作者简介:刘瞻(1962-),男,陕西扶风人,怀化学院高级实验师,主要研究表面活性剂的应用和无机化学实验11917年德国化学家由煤焦油合成了第一个表面活性剂—烷基萘磺酸盐,为表面活性剂的开发奠定了基础1其后,表面活性剂的发展经历了数次变革130年代,德国化学家广泛进行表面活性剂的研制,开创了近代表面活性剂时期,并形成合成表面活性剂与肥皂相竞争的局面140～50年代支链烷基苯磺酸(TPS)因其优良的洗涤性和耐硬水性占据洗涤剂的主导地位;随后由于TPS难以生物降解造成河流污染,在1964年被性能优异的直链烷基苯磺酸钠取代;同时,50年代后期随着石油化工的发展,促进了醇系表面活性剂的大力发展,其中醇醚非离子表面活性剂因优异的低温洗涤性、低泡性、可生物降解性等,加之脂肪醇和环氧乙烷原料的充足供应获得迅猛发展,至今已有超过阴离子表面活性剂之势190年代,表面活性剂向无毒、无公害、高效、全天然发展,烷基多苯(APS)成为第四代最具潜力的表面活性剂1表面活性剂(surfactant)是一种在低浓度下能降低水和其它溶液体系的表面张力或界面张力的物质[1],具有亲水亲油的性质,能起乳化、分散、增溶、洗涤、润湿、发泡、消泡、保湿、润滑、杀菌、柔软、拒水、抗静电、防腐蚀等一系列作用,广泛应用于工业、农业、建筑业、医药及日常生活中,它几乎无处不在[2]11表面活性剂的结构特点表面活性剂是一种两亲性物质,一部分是与油有亲和性的亲油基(也称憎水基),另一部分是与水有亲和性的亲水基(也称憎油基)1其亲水基和疏水基分处两端,形成不对称结构1表面活性剂的这种结构特点使它溶于水后,亲水基受到水分子的吸引,而亲油基受到水分子的排斥1为了克服这种不稳定状态,就只有占据到溶液的表面,将亲油基伸向气相,亲水基伸入水中1图1肥皂的亲油基和亲水基示意图图2洗衣粉有效成分的亲油基和亲水基示意图第23卷第5期怀化学院学报Vol1231No152004年10月JOURNALOFHUAIHUAUNIVERSITYOct1,2004肥皂的亲水基来自亲水基团羧酸钠(-COONa);洗衣粉(烷基苯磺酸钠)的亲水基是磺酸钠(-SO3Na),分别示于图1和图2中1亲水基有许多种,而实际能做亲水基原料的只有较少的几种,能做亲油基原料的就更少1从某种意义来讲,表面活性剂的研制就是寻找价格低廉、货源充足而又有较好理化性能的亲油基和亲水基原料1亲水基(如羧酸基等)常连接在表面活性剂分子亲油基的一端(或中间)1作为特殊用途,有时也用甘油、山梨醇、季戊四醇等多元醇的基团做亲水基1亲水基多来自天然动植物油脂和合成化工原料,它们的化学结构很相似,只是碳原子数和端基结构图3亲油基的碳原子数与性能的关系1-洗涤力;2-起泡性不同1虽然表面活性剂分子结构的特点是两亲性分子,但并不是所有的两亲性分子都是表面活性剂,只有亲油部分有足够长度的两亲性物质才有表面活性1例如在脂肪酸钠盐系列中,碳原子数少的化合物(甲、乙、丙、丁酸钠等)虽皆具有亲油基和亲水基,但不起肥皂作用,故不能称之为表面活性剂1只有当碳原子数增加到一定程度后,脂肪酸钠才表现出明显的表面活性,具有一般的肥皂性质1大部分天然动植物油脂都是含C10～C18的脂肪酸酯类,这些酸如果结合一个亲水基就会变成有一定亲油、亲水性的表面活性剂,且有良好的溶解性1因此,通常以C10～C18作为亲油基的研究对象1图3反映了表面活性剂性能与亲油基中碳原子数的关系1从图3可见,碳原子数越多洗涤作用越强,而起泡性却以C12～C14左右最佳1如果碳原子数过多,则将成为不溶于水的物质,也就无表面活性剂性能1111表面活性剂的分类表面活性剂的性能取决于其亲水基和亲油基的构成,但亲水基在种类和结构上的改变远较亲油基的改变对表面活性剂性质的影响大1最常用的分类法是按分子结构中亲水基团的带电性分为阴离子、非离子、阳离子和两性表面活性剂四大类[3]111111阴离子表面活性剂最常见的阴离子表面活性剂是烷基苯磺酸盐(ABS),典型结构式是,阴离子表面...
