生物表面活性剂和高分子表面活性剂

生物表面活性剂和高分子表面活性剂

摘要：表面活性剂是由两种截然不同的粒子形成的分子，一种粒子具有极强的亲油性，另一种则具有极强的亲水性。溶解于水中以后，表面活性剂能降低水的表面张力，并提高有机化合物的可溶性。本文将就生物表面活性剂和高分子表面活性剂进行具体介绍，并且列举了部分它们在社会中的应用以及它们存在的问题和发展前景进行了简单的介绍。

关键词：表面活性剂；生物表面活性剂；高分子表面活性剂

Biological surfactant and polymer surfactant

Abstract:Surfactant is composed of two distinct particles, a kind of particle has extremely strong lipophilicity, the other with strong hydrophilic. Dissolved in water, surfactants can reduce the surface tension of the water, and increase of soluble organic compounds. This article will discuss biosurfactant and polymeric surfactants are detailed introduction, and lists the part of their application in society and their existing problems and development prospects were simply introduced.

Keyword:The surfactant; Biosurfactant; Polymer surfactant

引言

传统观念上认为，表面活性剂是一类即使在很低浓度时也能显著降低表（界）面张力的物质。随着对表面活性剂研究的深入，目前一般认为只要在较低浓度下能显著改变表（界）面性质或与此相关、由此派生的性质的物质，都可以划归表面活性剂范畴。

1、表面活性剂

表面活性剂是分子中具有亲溶剂基与疏溶剂基,能富集(吸附)于界面,使界面性质发生显著改变而出现界面活性的物质。

通常所说的表面活性剂是指水中的表面活性剂。其分子常被称作“双亲分子”，因为表面活性剂的特有结构通常称之为“双亲结构”。表面活性剂分子的一端为亲油的疏水基，分子的另一端为极性亲水的亲水基。两类结构与性能截然相反的分子碎片或基团分处于同一分子的两端并以化学键相连接，形成了一种不对称的、极性的结构，因而赋予了该类特殊分子既亲水、又亲油，但又不是整体亲水或亲油的特性。

1.1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.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。

1.1.1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)，阴离子表面活性剂中亲水基的引入有直接连接法和问接连接法。所谓直接连接法是用亲油基物料与无机试剂直接反应，按引入亲水基的小同，可分为皂化、磺化、硫酸醋化和磷酸醋化。而所谓问接连接就是利用两个以上的多功能、高反应性化合物使亲油基与亲水基相连接，比如以含活性基的小饱和化合物、环状化合物、多元醇作为连接剂所合成的表面活性剂。而正是由于阴离子表面活性剂有上述性质以及它在性能和价格方面的优势，所以它应用最广泛。但它同时也是造成水质污染的主要因素之一。

1.1.2非离子表而活性剂

非离子表面活性剂在水中小离解成离子状态，其表面活性是由中性分子体现出来的。合成非离子表面活性剂所用主要单元反应有乙氧基化、酯化、聚合反应

等。非离子表面活性剂具有很高的表面活性、良好的乳化能力和洗涤作用。主要类型有聚氧乙烯型、多元醇型和烷醇酞胺型，以及聚醚型、氧化胺型等。1.1.3阳离子表面活性剂

阳离子表面活性剂疏水基的结构和阴离子表面活性剂相似，且疏水基与亲水基的连接方式也很类同，一种是亲水基直接连在疏水基上，另一种是亲水基通过醋、酞胺、醚键等形式与疏水基问接相连；所小同的是，阳离子表面活性剂溶于水时，其亲水基呈现正电荷，亲水基主要为碱性氮原子。目前工业上所有阳离子表面活性剂均为含氮有机物的衍生物，主要有胺盐型阳离子表面活性剂和季钱盐型表面活性剂两大类。

1.1.4两性表面活性剂[1]

两性表面活性剂的特点在于其分子结构中含有两个小同的官能团，并分别具有阴离子和阳离子的特性。两性表面活性剂有着优异的表面性能。这一性能在表面张力以及临界胶束浓度CMC上得到了体现。

大多数的清洁用品都要求有良好的润湿性和渗透性。两性表面活性剂在整个pH范围内都体现了优良的润湿能力。

1.2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)。其亲水基和疏水基分处两端，形成小对称结构。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。为了克服这种小稳定状态，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。

肥皂的亲水基来自亲水基团竣酸钠(- COONa)；洗衣粉(烷基苯磺酸钠)的亲

Na)，分别示于图1和图2中。亲水基有许多种，而实际能水基是磺酸钠(- S0

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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。

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

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。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)。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。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不同。

1.3作用机理

两亲分子溶解在水中达一定浓度时，其非极性部分会互相吸引，从而使得分子自发形成有序的聚集体，使憎水基向里、亲水基向外，以减少憎水基与水分子的接触，使体系能量下降，这种多分子有序聚集体称为胶束。

表面活性剂通过在气液两相界面吸附降低水的表面张力，或通过吸附在液体界面间来降低油水界面张力。许多表面活性剂也能在本体溶液中聚集成为聚集体。囊泡和胶束都是此类聚集体。表面活性剂开始形成胶束的浓度叫做临界胶束浓度或CMC。当胶束在水中形成，胶束的尾形成能够包裹油滴的核，而它们的（离子／极性）头能够形成一个外壳，保持与水接触。表面活性剂在油中聚集，聚集体指的是反胶束。在反胶束中，头在核，尾保持与油的充分接触。

临界胶束浓度越小，表面活性剂形成胶束和达到表面（界面）吸附饱和所需的浓度越低，改变表面（界面）性质，产生润湿、乳化、起泡和增溶等作用所需的浓度也越低。

1.3.1胶束的作用

（1）乳化作用: 指将一种液体的细小颗粒分散于另一种不相溶的液体中，所得到的分散体系被称为乳液。

（2）泡沫作用: 泡沫实际是气体分散于液体中的分散体系，泡沫的形成涉及起泡和稳泡两个因素。

（3）分散作用: 增加固体粒子在溶液中的分散稳定性。

（4）增溶作用: 指水溶液中表面活性剂的存在能使不溶或微溶于水的有机化合物的溶解度显著增加的现象，这种作用只有在表面活性剂的浓度超过临界胶束浓