表面活性劑
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表面活性劑近十幾年來(lái),我國(guó)表面活性劑工業(yè)得到迅速發(fā)展,產(chǎn)量不斷擴(kuò)大,品種不斷增多。據(jù)統(tǒng)計(jì),1980年全國(guó)合成洗滌用品產(chǎn)量為39.32×104t,1989年增加到146.5×104t,10年間增加了3.73倍ElJ,到1996年又猛增到441.36×104t,比1989年又增加了3倍。這一方面是由于表面活性劑在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的廣泛應(yīng)用,更重要的是由于日常生活中家用洗滌用品需求量與日俱增。
表面活性劑之間可以互配,也可以和其他助劑在一起配制成用途各異的液體或固體洗滌劑;從工業(yè)上說(shuō),有各種品牌的重垢清洗劑,用于清洗印刷、機(jī)械加工、石油化工、紡織印染、交通運(yùn)輸?shù)仍O(shè)備。從生活上說(shuō),有果蔬、餐具清洗劑、洗發(fā)劑、沐浴液、家具增光劑、液體洗衣劑等。除此之外很多新面市的洗衣粉都含有一種或幾種性能優(yōu)異的表面活性劑,達(dá)到理想的增白洗滌效果??梢哉f(shuō)表面活性劑為我們提供了極大的方便,它已深深地溶入了我們的社會(huì),走進(jìn)了我們的生活。
表面活性劑是一類在很低濃度時(shí)能顯著降低水的表面張力的化合物。表面活性劑分子都是由非極性的、親油的碳?xì)滏湶糠趾蜆O性的親水基團(tuán)兩部分構(gòu)成。這兩部分形成不對(duì)稱結(jié)構(gòu),因此表面活性劑是兩親分子,具有又親油又親水的兩親性質(zhì)。并不是所有具有兩親結(jié)構(gòu)的分子都是表面活性劑,例如,丙酸、丁酸都具有兩親結(jié)構(gòu),就不是表面活性劑,而只是具有表面活性而已。只有疏水基足夠大的兩親分子,一般來(lái)說(shuō)碳鏈長(zhǎng)度大于8個(gè)碳原子時(shí),才顯示表面活性劑的特性。
在洗滌過(guò)程中表面活性劑在水和油污之間形成獨(dú)特的定向排列,若干個(gè)溶質(zhì)分子或離子締合成肉眼看不見(jiàn)的聚集體,這些聚集體是以非極性基團(tuán)(親油基)為核,里面包裹著油污,以極性基團(tuán)(親水基)為外層的分子有序組合體,我們把它稱之為膠團(tuán)。膠團(tuán)形成以后,它的內(nèi)核相當(dāng)于碳?xì)溆臀⒌?,具有溶油的能力,使整個(gè)溶液表現(xiàn)出既溶水又溶油的能力。緊緊吸附著油污的膠團(tuán)在機(jī)械力的作用下與載體(衣物)分開(kāi),并懸浮于水中,由于載體表面粘附著洗滌液,油污不會(huì)再返回到衣物表面,達(dá)到清洗的效果。實(shí)際上表面活性劑的洗滌性,包括了它的潤(rùn)濕性、溶油性、滲透性、乳化性、分散性、增溶性和發(fā)泡性等幾乎全部基本特征。
表面活性劑的分類及其性質(zhì)
在表面活性劑科學(xué)中廣泛采用的是按照其在水中,親水基是否電離分為離子型和非離子型表面活性劑兩大類。離子型又可按照離子的電性分為陰離子型表面活性劑、陽(yáng)離子型表面活性劑和兩性離子型表面活性劑3種。此外還有近年發(fā)展較快的,既有離子型親水基又有非離子型親水基的混合型表面活性劑。下面分別加以介紹:
1.陰離子型
憎水基主要為烷基、異烷基、烷基苯等,親水基主要有鈉鹽、鉀鹽、乙醇胺鹽等水溶性鹽類。陰離子型表面活性劑主要有,羧酸鹽(RCOO-M+)、烷基硫酸酯鹽(ROSO3-M+)、烷基磷酸酯鹽(ROPO3-M+)、烷基磺酸鹽(RSO3-M+)等。
2.陽(yáng)離子型
幾乎所有的陽(yáng)離子表面活性劑都是含氮化合物,就是有機(jī)胺的衍生物。主要有季銨鹽、烷基吡啶翁。以十六烷基三甲基氯化銨為例,表示為:
陽(yáng)離子表面活性劑可以作為殺菌劑,也有柔軟、脫脂、破乳、抗靜電作用。一般來(lái)說(shuō)它不具備去污能力,不能和陰離子表面活性劑配伍使用。
3.兩性型
分子中帶有兩個(gè)親水基團(tuán),一個(gè)帶正電,一個(gè)帶負(fù)電,正電性基團(tuán)主要是含氮基團(tuán)(或用硫和磷取代氮的位置)。負(fù)電基團(tuán)主要是羧基和磺酸基。甜菜堿類[RN+(CH3)2CH2COO-],氨基丙酸類?(RN+H2CH2CH2COO-),?;撬犷?[RN+(CH3)2(CH2)2SO3-]和咪唑啉類是4類重要的兩性型表面活性劑。它們具有抗靜電、柔軟、殺菌和調(diào)理等作用,尤其是咪唑衍生物和甜菜堿衍生物更有實(shí)用價(jià)值,具有低刺激性、耐硬水力強(qiáng)、水溶性好等優(yōu)點(diǎn)。因此廣泛應(yīng)用于嬰兒香波、洗發(fā)香波中,它們可以和各類表面活性劑配合使用。
4.非離子型
它的極性基不帶電,在水溶液中不電離,并且不受強(qiáng)電解質(zhì)、強(qiáng)酸、強(qiáng)堿的影響,穩(wěn)定性高,與其他類型的表面活性劑相溶性好。非離子型表面活性劑主要有:脂肪醇聚氧乙烯醚[RO(CH2CH2O)nH],?n=l~5,一般采用脂肪醇和環(huán)氧乙烷直接縮合而成;烷基醇酰胺類[RCON(CH2CH2OH)2],由脂肪酸與乙醇胺類直接縮合而成;多元醇類化合物(如蔗糖、山梨糖醇、甘油醇的衍生物)等。另外還有聚氧乙烯、聚氧丙烯生成的聚合型表面活性劑及烷基多苷類表面活性劑。<br />
非離子表面活性劑在洗滌用品中經(jīng)常使用,常和離子型表面活性劑復(fù)配使用,主要用作發(fā)泡劑、穩(wěn)泡劑、乳化劑、增溶劑和調(diào)理劑等多種用途。當(dāng)做為一種主要成分和陰離子表面活性劑配合使用時(shí),即使加入量很少,也能大大增加體系的去污能力,這是因?yàn)樗鼘?duì)油污良好的乳化能力和增溶能力決定的。
5.混合型
這種活性劑的分子帶有兩種親水基團(tuán),一種帶電,一種不帶電。醇醚硫酸鹽(CH2CH2O)nSO4M(AES)就是這樣一類表面活性劑,其中?n=1~5。兩種親水基分別是非離子的聚氧乙烯基和陰離子的硫酸根,雖然一般分類仍把這種表面活性劑歸屬于陰離子表面活性劑,但從水溶性、耐鹽性、抗硬水性來(lái)講要比陰離子表面活性劑-烷基硫酸鹽要好得多。
就上面5種類型的表面活性劑而言,非離子型的表面活性較大,兩性型的次之,離子型的較小。雖然這樣,但它們?cè)诟鞣N配方的使用中,只要配合得當(dāng),都能發(fā)揮出意想不到的作用。
表面活性劑的發(fā)展趨勢(shì)
在表面活性劑給人們的生活,給工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)帶來(lái)極大方便的同時(shí),也給我們的環(huán)境帶來(lái)了污染。這是世界性的問(wèn)題,尤其在我國(guó)更應(yīng)重視,解決的好壞關(guān)系到我國(guó)能否走可持續(xù)發(fā)展的道路問(wèn)題。據(jù)有關(guān)方面報(bào)道,我國(guó)的江湖,例如淮河、遼河、松花江、巢湖、太湖、滇池的水污染已直接影響到人們的生活。其中滇池污染已經(jīng)證明是由于居民大量使用含磷洗滌劑造成,水質(zhì)嚴(yán)重富營(yíng)養(yǎng)化,清澈透明的湖水變得烏黑、發(fā)臭。三聚磷酸鈉(Na5P3O10)是洗滌劑常用的助洗劑,它能與鈣、鎂、鐵等離子生成溶于水的絡(luò)合物,起到軟化水的作用,還能在?pH=4.3~14的范圍內(nèi)有較強(qiáng)的緩沖作用,調(diào)解?pH值,保證洗滌效果。如果不是污染的緣故,它是理想的助洗劑。為了改變這種狀況,環(huán)保部門已采取措施,限制含磷洗滌劑的生產(chǎn)、銷售。但真正解決尚需時(shí)日,目前已有廠家用4A沸石代替三聚磷酸鈉。因此活性劑和其他助劑的發(fā)展應(yīng)該滿足環(huán)保、對(duì)人安全和節(jié)能的要求,其發(fā)展趨勢(shì)可以概括為以下幾點(diǎn):
1.表面活性劑要易于生物降解,原料可再生,廣泛使用后,對(duì)環(huán)境無(wú)污染,對(duì)人、畜安全溫和。長(zhǎng)鏈烷基多苷(APG)和直鏈?zhǔn)榛交撬徕c(LAS)就是很有希望的兩種表面活性劑。APG是新發(fā)展的,原料可再生的表面活性劑,并且有很好的生物降解性。LAS是一種老產(chǎn)品,最近研究證明,經(jīng)廢水廠處理后,生物降解度為98%,達(dá)到了環(huán)保要求。
2.表面活性劑要高效、多功能,除有清潔作用外,還要有抑菌、殺菌、滋潤(rùn)皮膚等作用,并應(yīng)不斷開(kāi)發(fā)新用途?;瘖y品用表面活性劑就是近年新開(kāi)發(fā)出的,它對(duì)產(chǎn)品的要求更高,更嚴(yán)格,例如抗衰老、皮膚保濕、去皺、增白等?;瘖y品的活性成分通過(guò)皮膚的吸收后影響機(jī)體的新陳代謝,達(dá)到真正的美容,效果要能感覺(jué)到或看到。毗咯烷酮羧酸鈉(PCA)是化妝品天然保濕因子,有抗衰老、去皺的作用,因此?PCA被廣泛應(yīng)用于高檔化妝品中。作為乳化劑的表面活性劑,在化妝品的乳液應(yīng)用上非常重要,主要集中在非離子表面活性劑和高分子乳化劑上?;瘖y品乳液包括雙重乳液;W/O、O/W、液晶相,多重乳液;W/O/W、O/W/O、微乳液等。主要產(chǎn)品有洗面奶、潤(rùn)膚露、清潔乳等。這個(gè)領(lǐng)域?qū)⒉粩嘤行庐a(chǎn)品問(wèn)世。
3.耐硬水、低溫洗滌效果好,濃縮的表面活性劑洗滌用品是一個(gè)發(fā)展方向,這包括濃縮洗衣粉和濃縮液體洗滌劑。顯而易見(jiàn),節(jié)約包裝、降低運(yùn)費(fèi)、占地少,對(duì)環(huán)保,對(duì)廠家,對(duì)消費(fèi)者都有好處。目前一些發(fā)達(dá)國(guó)家已在大力推廣并取得成效,我國(guó)廠家也正朝這個(gè)方向努力。室溫洗滌是消費(fèi)者的普遍要求,這個(gè)問(wèn)題在我國(guó)并沒(méi)有解決,如大量使用的餐具洗滌劑,冷水洗滌效果不如溫水,溫水不如熱水好。這對(duì)使用者雖然已是司空見(jiàn)慣,但對(duì)廠家和科研部門應(yīng)是一個(gè)要著力解決的問(wèn)題。
表面活性劑是一大類物質(zhì),據(jù)統(tǒng)計(jì)有1000多種,今后還將有新品種研究開(kāi)發(fā)出來(lái),常用的有150多種。它們與我們生活息息相關(guān),影響和改變著我們的生活。