表面活性剂的分类及应用性能

类
型
举
例
分子结构
应
用
阴离子型
· · CH2CH2 – OSO3 Na+ 烷基磺酸钠 CH3CH2·
肥皂、洗洁精 等大多数洗涤 剂
阳离子型
CH3 烷基三甲基 氯化铵 CH3CH2· · · CH2CH2 – N+-CH3ClCH3
抗静电剂、 柔顺剂
两性离子型
CH3 婴儿洗发剂 甜菜碱类化 CH3CH2· · · CH2CH2 –N+-CH2COO 合物 CH3
CH2CH2COwk.baidu.comNa
N-酰基肌氨酸钠
N-酰基谷氨酸钠
N-酰基多缩氨酸钠 商品名：雷米邦
◆ 表面活性好、低毒、低刺激性，乳化、 润湿、洗净等作用良好、可用在食品、洗涤、 沐浴等产品配方中。
非离子型
高级醇聚氧 · · CH2CH2 –(CH2CH2O)nH 乙烯加成物 CH3CH2·
发泡剂、乳 化剂、增溶 剂
按用量和品种，用的最多的是阴离子表面活性剂， 其次是非离子表面活性剂。阳离子表面活性剂，由 于它在纤维上的吸附大、洗涤力小，且价格昂贵， 不适合用于洗涤剂，有时在洗涤剂中加入阳离子表 面活性剂主要是为了使洗涤剂具有杀菌消毒能力或 起柔软作用。两性表面活性剂有良好的去污性能， 调理性好。但由于成本高而较少使用。常用于个人 卫生用品和特种洗涤剂中。因此，性能与成本的比 值是选择表面活性剂的一个主要依据。
润湿剂——提高液体的润湿能力（在水中加 入表面活性剂降低表面张力，使水在固体发 生铺展) 防水剂——改变固体表面的润湿性质（极性 基团吸附在固体表面，非极性基团朝向气体 形成定向排列吸附层，反润湿作用） 应用举例：如喷洒农药到带蜡的植物表面， 要在农药中加表面活性剂；涂料中使用表面 活性剂为润湿剂。 如果要制造防水材料，就要在表面涂憎水 的表面活性剂，使接触角大于90°。
三、各类表面活性剂的性能及合成
（一）阴离子表面活性剂（溶于水后生成的亲水 基团带负电）。
◆亲水基一端为阴离子，其水溶液一般为碱性或中性。阴 离子表面活性剂是发展最早、产量最大、品种最多、工业
化最成熟的一类表面活性剂。它们在整个表面活性剂生产
中占有相当大的比重（约40%）。 1.羧酸盐型阴离子表面活性剂 2.硫酸酯型阴离子表面活性剂 3.磺酸盐型阴离子表面活性剂 4.磷酸酯盐型阴离子表面活性剂
二、表面活性剂的分类及应用性能
1.表面活性剂分类
油溶性表面活性剂 非离子型表面活性剂 水溶性表面活性剂 多元醇型 聚氧乙烯型 聚氧乙烯-聚氧丙烯型 阳离子表面活性剂 离子型表面活性剂 阴离子表面活性剂 两性表面活性剂
在水中能电离而生成离子的叫离子表面活性剂；不能电 离的叫非离子表面活性剂。在离子表面活性剂中，亲水 基团带有负电荷的叫阴离子表面活性剂；亲水基团带有 正电荷的叫阳离子表面活性剂。视溶液酸碱度不同而离 解成阴离子或阳离子的则称为两性表面活性剂。
2.表面活性剂的应用性能
表面活性剂因能对两相界面性质 产生影响，在实际应用中能显示 出各种优异的性能。在洗涤剂中， 表面活性剂一般作为洗涤成分， 但在某些配方中也用作辅助原料， 起乳化、润湿、增溶、保湿、润 滑、杀菌、柔软、抗静电、发泡、 消泡等作用。
表面活性剂在溶液中的性质
界面吸附
表面活性剂分子在界面上会定向排列成分 子层。如图所示：
体系称为乳状液，是热力学不稳定体系。加入表面
活性剂，降低两相间界面张力，促使乳状液稳定。
良好的乳化剂需满足的条件：降低界面张力；在界
面形成致密保护层；增加外相粘度；使液滴产生一
定的电动电位。
应用：如“乳液聚合”是高分子工业中的一 种重要生产方法；化妆品工业中制取膏霜，食品 的乳化等。
水和油形成的乳状液的类型通常有以下两种：
例如：肥皂中的表面活性成分硬脂酸钠,化 学简式为:C17H35COONa。 制造皂类洗涤剂。皂体坚硬，在块状皂中 具有赋形剂和活性剂的作用。化妆品中作 乳化剂（O/W）。如雪花膏、剃须膏、洗 发膏等的制备中。
◆ 最常用、最古老的表面活性剂是肥皂，性质
和亲油基碳链长短以及阳离子的种类有关系。
易与硬水中的钙、镁等多价离子发生复分解反
应形成皂垢，失去洗涤能力。只能在中性或碱 性条件下使用。 ◆ 12、14、16、18个碳的亲油基，碳数越多， 其皂的硬度越大。肥皂中的原料脂肪酸的混合 物。椰子油、牛油等。 ◆ 常用的阳离子是：Na+, K+ 。
工艺路线-2
皂精
混合 油脂 催化剂
高压水解
中和
盐析 甘油
液碱
食盐
催化剂：zinc oxide, calcium oxide
粒子的大小不同，可分为胶体分散和粗分散。固体 微粒在液体介质中的分散过程一般分为三个阶段， 即固体微粒的润湿、粒子团的分散和碎裂、分散体 的稳定。分散过程中由于分散相表面积增大，体系 的自由能增大，因而处于不稳定状态。容易聚集形 成沉淀。加入表面活性剂，可以在固液界面上吸附 而降低界面自由能，使分散趋于比较稳定。如果粒 子带电，并在其周围形成水化层，则因相同电荷的 排斥作用或水化层的屏蔽作用，也可防止粒子的聚 集沉淀。
阳离子、非离子和两性表面活性剂四大类。 阴离子表面活性剂：如烷基苯磺酸钠（LAS）、 烷基磺酸钠、脂肪醇硫酸钠、脂肪醇聚氧乙烯 醚硫酸钠（AES）、烷基磺酸钠（AOS）等。 非离子表面活性剂：如烷基酚聚氧乙烯醚、脂 肪醇聚氧乙烯醚（AEO）、烷醇酰胺等。 聚醚：是近年来生产低泡洗涤剂的常用活性物， 一般常用环氧乙烷和环氧丙烷共聚的产物，常 与阴离子表面活性剂复配，主要用作消泡剂。 两性表面活性剂：甜菜碱等，如十二烷基甜菜 碱(BS-12)，N—酰胺丙基二甲基羧甲基铵甜 菜碱。
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，减小了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。 胶束
随着亲水基不同和浓度不同，形成的胶束可呈现 棒状、层状或球状等多种形状。
球状
棒状
层状
表面活性剂的作用
◆ 分散作用：分散是指固体粒子分散在液体中，按
工艺路线-3
皂精 高温高压水解 中和 盐析 甘油 油脂 液碱 食盐
（1）多羧酸皂
◆ 代表产品：十二烷基琥珀酸钠 DSA
HC R CH2 CH CH2 CO O CO CO CO O R CH2 CH CH2 HC CH R CH2 CH CH2 HC CH
+ HC
CO CO OH OH
◆ 一般要通过酯化、中和变成单羧酸钠 盐，润湿、洗净、乳化作用良好。
类型 阴 离 子 表 面 活 性 剂
名称 羧酸盐
结构 Ｒ－ＣＯＯ－Ｎa＋（Ｋ＋、ＮＨ４＋）
硫酸酯盐 磺酸盐 烷基苯磺酸盐
R
Ｒ－ＯＳＯ３－Ｎa＋（Ｋ＋、ＮＨ４＋）
R SO3Na
SO3Na
烷基萘磺酸盐
OR OR P O OM
OR P O OM OM
磷酸 酯盐
磷酸双酯盐 磷酸单酯盐
1.羧酸盐型阴离子表面活性剂RCOO－
◆ 增溶作用：表面活性剂在水溶液中达到CMC值 后，一些水不溶性或微溶性物质在胶束溶液中的 溶解度可显著增加，形成透明胶体溶液，这种作 用称为增溶(solubilization)。能产生增溶作用的表 面活性剂叫做增溶剂。增溶与胶束有关。由于胶 束的存在而使难溶物溶解度增加的现象统称为增 溶现象。 例如室温下苯在水中的溶解度很小，每100g水 只能溶解0.07g苯，但在10%的油酸钠水溶液中， 苯的溶解度达到7g/100g，增加了100倍，这是 通过油酸钠胶束的增溶作用实现的。 在药剂中，一些挥发油、脂溶性维生素、体激 素等许多难溶性药物常可借此增溶，形成澄明 溶液或提高浓度。
（2）松香皂(C19H29COOH)
CH3 CH3 CH3
H3C
COOH
◆ 松香酸是不多见的天然羧酸之一，其钠皂 本身没有洗涤作用，但是有很好的发泡和乳化 作用。在肥皂中和其它皂有协同作用。松香皂 的另一个主要用途是造纸施胶剂。
（3）N-酰基氨基羧酸盐
RCO N CH3 CH2COONa RCO NH CHCOONa RCO N R1 (CONHR 2)nCOONa
表面活性剂的界面定向
表面活性剂在水溶液表面的吸附
表面活性剂在界面定向形成吸附膜
浓度足够时，表面活性剂在溶液表面定向形 成吸附膜。排列成单分子层。非极性憎水基的部 分越大，憎水性越强，表面活性剂分子就越聚集 于表面，其表面活性就越强。
形成胶束或胶团(micelle)
双亲分子溶解在水中达一定浓度时，其非极性部分会
增溶作用可使被增溶物的化学势降
低，使体系更加稳定，是自发进行的 过程。与普通的溶解过程不同的是， 增溶后溶液的沸点、凝固点和渗透压 等没有明显变化，说明溶质并非以分 子或离子形势存在，而是以团簇分散 在表面活性剂的溶液中。 增溶方式有内部溶解型、交错插入 型、表面吸附型、外壳溶解型四种。
◆ 洗涤作用（最主要的功能）：洗涤去污作用是
表面活性剂具有最大实际用途的基本特性。洗涤
去污作用是由于表面活性剂降低表面张力而产生
的润湿、渗透、乳化、分散、增溶等多种性能综
合的结果。
去污剂或洗涤剂（detergent）是用于除去污垢的
表面活性剂，HLB值一般为13~16。常用的去污
剂有油酸钠和其它脂肪酸的钠盐、钾盐、十二烷
基硫酸钠或烷基磺酸钠等阴离子性表面活性剂。
完全不润湿
不能润湿
能润湿
完全润湿（铺展）
◆起泡和消泡作用：泡沫是一层很薄的液膜包围着气体，是
气体分散在液体或固体中的分散体系。泡沫的形成涉及到起 泡及稳泡两个因素。低的表面张力和高强度表面膜的形成是 形成泡沫的基本条件。 有较强的亲水性和较高的HLB值的表面活性剂，在溶液中可
降低溶液的界面张力而使泡沫稳定，称这些物质为起泡剂
σlg
γgl
σsl
σsg
θ
G
图2-1 液体的接触角 S－固相；L－液相；G－气相； x－三相接触线上任一点；
γsl L θ
S
θ－接触角；
γsg
σlg－液体表面张力
σsg －固-气界面张力； σsl－固－液界面张力
液滴润湿示意图
在固、液、气三相交界处，自固-液界面经过液体内 部到气-液界面的夹角叫做接触角。 接触角θ是三种表面张力相互作用达平衡时的夹角， 接触角越小润湿性能越好。
按分子量分类，分为高分子表面活性剂 （M大于104）；中分子量表面活性剂 （M:103~104）；低分子量表面活性剂 （M:102~l03）。 其他特殊表面活性剂：含氟、硅、磷表面活 性剂； 生物表面活性剂、天然高分子表面活性剂； 双亲油基（双生Germini）、双亲水基表面 活性剂。
按分子结构中亲水基团的带电性分为阴离子、
（foaming agent）。
起泡剂的应用：用 于矿物浮选、原油 开采、泡沫灭火和 洗涤去污等。
•在产生稳定的泡沫情况下，加入一些HLB值为1~3 的亲油性较强的表面活性剂，则可与泡沫液层争夺液 膜表面而吸附在泡沫表面上，代替原来的起泡剂，而 其本身并不能形成稳定的液膜，故使泡沫破坏，这种 用来消除泡沫的表面活性剂称为消泡剂（ antifoaming agent）。 •消泡剂应极易吸附于液面，且排列疏松。故其分子 多为枝形结构。如异辛醇、豆油、蓖麻油和硅油等。 消泡剂的应用：在制糖、制中药过程中泡沫太多， 要加入适当的表面活性剂降低薄膜强度，消除气 泡，防止事故。此外，用作涂料、胶粘剂的助剂 等。
应用：如使颜料分散在涂料或印刷 油墨之中。
对固体粒子起分散作用的分散剂主要 有阴离子表面活性剂、非离子表面活 性剂和有机胺类阳离子表面活性剂， 也有的采用高分子表面活性剂，以获 得更大的空间稳定效应。
◆ 乳化作用：一种或几种液体以大于10-7m直径的
液珠分散在另一不相混溶的液体之中形成的粗分散
1.水包油型（O/W）：内相为油，外相为水， 这种乳状液能用水稀释，如人乳、牛奶等。 2.油包水型（W/O）：内相为水，外相为 油，如原油、油性化妆品等。
此外，还有水包油包水型(W/O/W)及油 包水包油型（O/W/O)型等复杂型乳状液。
◆ 润湿与渗透作用：固体表面和液体接
触时，原来的固-气界面消失，固体表面 上的气体被液体所取代，形成新的固-液 界面，此过程即为润湿。也就是指液体 在固体表面上的粘附现象。 表面活性剂能提高水的润湿及渗透能力。适 合做润湿剂的是阴离子表面活性剂。 表面活性剂的润湿作用主要表现在两方面: （1）在固体表面发生定向吸附 （2）提高液体的润湿能力