表面活性剂

洗涤用表面活性剂的类型原则上讲，凡是能降低表面张力的物质都具有表面活性。

而表面活性剂则是指能显著降低溶剂(一般为水)表面张力和液-液界面张力并具有一定结构、亲水亲油特性和特殊吸附性能的物质。

表面活性剂具有亲水亲油的特性，易于吸附、定向于物质表面(界面)，而表现出能降低表面(界面)张力、渗透、润湿、乳化、分散、增溶、发泡、消泡、洗涤、杀菌、润滑、柔软、拒水、抗静电、防腐、防锈等一系列性能。

表面活性剂用途广泛，涉及方方面面。

从合成洗涤剂、化妆品、食品工业，乃至纺织工业、皮革工业、橡胶、塑料工业、土木建筑业、涂料、油墨工业、金属加工工业、石油、燃料工业、采矿业、煤炭工业、造纸工业、农林业以及医疗卫生、环境保护等部门都广泛使用表面活性剂，以改进生产工艺、提高产品质量、增加产量、降低消耗、节约能源、提高生产效率及改善生产环境等。

从结构看，所有的表面活性剂都是由极性的亲水基和非极性的亲油基两部分组成。

亲水基与水分子作用，使表面活性剂分子引入水；而亲油基与水分子相排斥，与非极性或弱极性溶剂分子作用，使表面活性剂分子引入油(溶剂)。

表面活性剂分子的亲油基一般是由烃基构成的，而亲水基则由各种极性基团组成，种类繁多。

因此，表面活性剂在性质上的差异，除与烃基的大小和形状有关外，主要与亲水基团的类型有关。

亲水基团在种类和结构上的改变远比亲油基团的改变对表面活性剂性质的影响要大，所以，表面活性剂一般以亲水基团的结构为依据来分类。

按亲水基是否荷电将表面活性剂分为离子型和非离子型两大类。

离子型表面活性剂的分子在水中能电离，形成带正电荷、带负电荷或者同时既带正电荷又带负电荷的离子。

带正电荷的称为阳离子表面活性剂；带负电荷的称为阴离子表面活性剂。

既带正电荷又带负电荷的则称为两性表面活性剂。

非离子型表面活性剂分子在水中不电离，呈电中性。

表面活性剂的相对分子质量一般为几百至几千，而几千至几万以上的则称为高分子表面活性剂。

表面活性剂有的是从天然物质提取制得的，有的是化学合成制备的，前者称为天然表面活性剂(以区别于后者)。

此外，还有在疏水基上氢为氟取代的氟碳类表面活性剂，聚硅氧烷类的硅氧烷类表面活性剂，含钛的特种金属表面活性剂以及冠醚类表面活性剂。

这些表面活性剂均有其独特的性能，故统称为特种表面活性剂。

1 阴离子表面活性剂阴离子表面活性剂的历史最久。

l8世纪兴起的制皂业所生产的肥皂即为阴离子表面活性剂，肥皂属高级脂肪酸盐。

此外，有代表性的阴离子表面活性剂还有磺酸盐、硫酸酯盐、脂肪酰-肽缩合物等。

阴离子表面活性剂在低温下较难溶解，随温度升高溶解度加大，溶解度达到极限时会析出表面活性剂的水合物。

但是，水溶液加热至一定温度时，表面活性剂分子发生缔合，溶解度会急剧增大。

阴离子表面活性剂亲水基团的种类有限，而疏水基团可以由多种结构构成，故种类很多。

阴离子表面活性剂一般具有良好的渗透、润湿、乳化、分散、增溶、起泡、抗静电和润滑等性能，用作洗涤剂有良好的去污能力。

1.1 高级脂肪酸盐肥皂即属高级脂肪酸盐，其化学式为RCOOM。

这里R为烃基，可以是饱和的，也可以是不饱和的，其碳数在5～22之间。

M为金属原子，一般为钠，也可以是钾或铵。

肥皂为典型的阴离子表面活性剂，它是以油脂与碱的水溶液加热起皂化反应制得的。

此外，也可先将油脂水解，分离出脂肪酸，然后再用碱中和制取。

所使用的油脂，可以是动物油脂如牛油，也可以是植物油脂如椰子油、棕榈油、米糠油、大豆油、花生油、硬化油等。

皂化所使用的碱可以是氢氧化钠、氢氧化钾或氨水。

用氢氧化钠皂化油脂得到的肥皂称为钠皂，而用氢氧化钾或氨水皂化油脂得到的肥皂分别叫做钾皂和铵皂。

洗涤用肥皂一般为钠皂，化妆用肥皂为钾皂和铵皂，钠皂质地较钾皂硬，铵皂最软。

此外肥皂的性质还与脂肪酸部分的烃基组成有关，脂肪酸的碳链越长，饱和度越大，凝固点越高，用其制成的肥皂越硬。

例如用硬脂酸、月桂酸和油酸制成的三种肥皂中，硬脂酸皂最硬，月桂酸皂次之，油酸皂最软。

硬脂酸钠为具有脂肪气味的白色粉末，疏水性强，难溶于冷水，易溶于热水和热乙醇中，在低温下去污力差，主要用作化妆品乳化剂。

硬脂酸的钾盐和铵盐也用于此目的。

油酸钠由于分子中有双键，所以分子的极性大，亲水性好，易溶于水，去污力也较好。

月桂酸钾是淡黄色浆状物，易溶于水，起泡力大，主要用于液体皂和香波生产，也常用作乳化剂。

除简单的脂肪酸皂外，也可用多羧酸制造具有某些特殊作用的肥皂，这种多羧酸皂在胶片生产中用作润湿剂。

用三乙醇胺与油酸制成的油酸三乙醇胺皂为淡黄色浆状物，溶于水，易氧、化变质，常用作乳化剂。

挥发性胺的脂肪酸盐主要用于上光剂，铵盐水解生成的游离胺挥发后，表面涂层中留下疏水物质，可提高表面的抗水性能。

松香酸与纯碱溶液中和形成的松香皂易溶于水，有较好的抗硬水能力和润湿能力，主要用于洗涤肥皂生产中。

1.2 磺酸盐磺酸盐型表面活性剂的化学式为R-SO3Na，式中R碳数在8～20之间。

这类表面活性剂易溶于水，在酸性溶液中也不发生水解，有良好的发泡能力，用于生产洗涤剂，产品去污能力好。

(1)烷基苯磺酸盐烷基苯磺酸盐是有代表性的阴离子系表面活性剂。

按烷基的结构可将其分为支链烷基苯磺酸盐和直链烷基苯磺酸盐。

支链的为硬性型，直链的为软性型，一般将硬性型的称为硬性ABS，或略称ABS；软性型的称为软性ABS，或略称LAS。

烷基苯磺酸盐在硬水中不与钙、镁离子形成沉淀，既耐酸又耐碱，有良好的去污力、渗透力、润湿力和起泡力。

工业上用的烷基苯磺酸盐表面活性剂主要是十二烷基苯磺酸盐，如钠盐、铵盐。

烷基苯磺酸盐的制法包括烷基化、磺化、中和等过程。

烷基化是以氟化氢或氯化铝为催化剂，将苯与碳原子数为12个左右的烯烃或氯代烷烃进行反应制成烷基苯的过程；磺化是将烷基苯与浓硫酸、发烟硫酸或三氧化硫进行反应生成烷基苯磺酸的过程；中和一般是用20％氢氧化钠对烷基苯磺酸进行中和反应的过程，根据需要还要用次氯酸钠对中和产物进行脱色。

十二烷基苯磺酸钠为白色粉末，易溶于水，有良好的洗涤去污能力和发泡性能。

大量用于洗衣粉和家用洗净剂中，也可适量配入香波和泡沫浴等；在纤维工业中可用作煮练剂、洗手剂、染色助剂；在金属电镀过程中用作金属脱脂剂；在造纸工业中用作树脂分散剂、毛毡洗涤剂、脱墨剂；在农药生产中用作乳化剂、颗粒剂和可湿性粉末剂用的分散剂；在皮革工业上用作渗透脱脂剂；在肥料工业中用作防结块剂；在水泥工业中用作加气剂等诸多方面或单独使用，或作为配合成分使用。

ABS和LAS在去污方面几乎没有什么不同，但前者生物降解性明显低于后者。

(2)烷基磺酸盐烷基磺酸盐与烷基苯磺酸盐相比，耐硬水稳定性和生物降解性均好些，洗涤去污能力大致相同。

早期，烷基磺酸的工业规模生产是在德国首先实现的，在特殊反应器中于紫外线照射下烷烃经氯磺化反应制得，现在主要采用磺氧化方法制取。

正烷烃在紫外线照射下与二氧化硫和氧反应，但在生成烷基磺酸钠的同时，二氧化硫、氧与水反应生成硫酸。

然后以苛性钠中和，产物为膏状体。

本法由于不使用氯气，副产物少，可以简化提纯工艺，降低成本。

琥珀酸酯磺酸钠也属该类表面活性剂，烃基中碳数为4～8。

其代表物为二辛基琥珀酸酯磺酸钠，它是白色软蜡状物，易溶于水和乙醇，在硬水中稳定，洗涤和发泡性能好，无毒性，对皮肤刺激性小，有良好的润湿性能，多用于香波、泡沫浴和牙膏生产中。

(3)a-烯烃磺酸盐a-烯烃磺酸盐简称AOS，为链烯基磺酸盐和羟基烷基磺酸盐的混合物。

其制法是以三氧化硫等作磺化剂，对“α-烯烃进行磺化，然后将含有磺内酯的反应混合物用苛性钠进行中和、水解。

AOS的碳链中碳数为15～18时，该表面活性剂具有优异的去污力、起泡力和渗透力，其中以C16的AOS在硬水中去污力最好。

起泡力最高。

AOS较烷基苯磺酸盐的生物降解性好，对皮肤的刺激性低、毒性小，用作洗涤剂可使织物有良好的手感，此外还能防止粉状洗涤剂结块。

AOS广泛用作粉状合成洗涤剂、厨房用洗涤剂和香波等的原料，现在也用作工业用合成洗涤剂的原料。

(4)脂肪酸乙酯磺酸盐脂肪酸乙酯磺酸钠由环氧乙烷与亚硫酸氢钠反应生成烃乙基磺酸钠，经干燥后再与脂肪酸酯化其烃基即得。

脂肪酸乙酯磺酸钠对皮肤刺激性很小、性温和，主要用于合成香皂及香波生产中。

(5)仲醇聚氧乙烯醚琥珀酸酯磺酸盐仲醇聚氧乙烯醚琥珀酸酯磺酸盐是阴离子表面活性剂的新品种。

l985年由原轻工业部研制成功，l987年获原轻工业部技术进步三等奖。

该产品为浅黄色黏稠液体，具有表面张力低、去污力高、泡沫触感柔嫩、抗硬水性强的性能。

此外，性温和，对眼睛、皮肤的刺激性极低，因此，适合用作香波、婴儿用洗涤剂、泡沫浴和丝、毛洗涤等家用洗涤剂的原料，也可作为工业用特殊的乳化剂。

此外，双-2-乙基己醇琥珀酸酯磺酸钠也具有与其相似的结构。

乙基己醇琥珀酸酯磺酸钠具有极佳的渗透力，除用作渗透剂外，也部分用作乳化剂。

(6)石油磺酸盐石油磺酸盐是各种磺酸盐的混合物，主要成分为烷基苯磺酸盐和烷基萘磺酸盐，其次为脂肪烃的磺酸盐、环烃的磺酸盐及其氧化物等。

石油磺酸盐大都为油溶性，常用于切削油，在农药中用作乳化剂，在矿物浮选中用作泡沫剂，在燃料油中用作分散剂，高分子量的用作金属防锈油中的防蚀剂。

大量的石油磺酸钠用于石油开采，特别是3次采油提高采收率。

(7)N，N-油酰甲基牛磺酸钠 N，N-油酰甲基牛磺酸钠是化学名称，我国的商品名称为209洗涤剂，国外商品名为伊盖明T(Lgepon T)。

209洗涤剂既有一般阴离子合成洗涤剂的特性，又有天然油脂肥皂的特征。

它是由N-甲基牛磺酸钠与油酰氯反应制得的。

N，N-油酰甲基牛磺酸钠为液状或浆状体，．也可喷雾干燥成为奶白色粉末状物，在纺织工业中用作染料助剂、洗绒剂、精练剂等。

(8)丁基萘磺酸钠丁基萘磺酸钠俗称拉开粉，它属于烷基芳基磺酸盐的一种，具有良好的润湿力、乳化力和分散力。

拉开粉Bx是较常用的一种拉开粉，主要成分为l，2-二丁基萘-6-磺酸钠(有文献报道是l，4-二丁基萘-6-磺酸钠)，为米白色或微黄色粉末，易溶于水，耐酸、碱和硬水。

在纺织、印染、皮革、造纸工业以及农药中用作润湿剂，在涂料和油墨等工业中用作分散剂，在合成橡胶工业中用作乳化剂。

拉开粉Bx由丁醇、萘与发烟硫酸作用后用苛性钠中和制得。

．(9)脂肪酰胺磺酸钠脂肪酰胺磺酸钠代表产品为Lissapo1LS(国外产品商品名)，国内称为净洗剂LS。

净洗剂LS的制法是将对氨基苯甲醚进行磺化，再与油酰氯进行缩合，最后以苛性钠中和。

净洗剂LS具有良好的洗涤力、乳化力、渗透力、起泡力，也具有很好的匀染、柔软性能，对钙皂分散力强，耐酸、耐碱、耐硬水、耐电解质和耐热等性能均好，但耐氧化剂性能较差。

在印染工业中，净洗剂LS用作毛织物的净洗剂，织物经其洗后手感柔钦；也用作棉织物印花后的净洗剂、还原染料和酸性染料的匀染剂。