表面活性剂在工业中的应用

表面活性剂在工业中的应用

姓名：王化东专业：材料科学与工程

摘要：介绍了表面活性剂在选煤、纺织、食品、材料制备、造纸、制药等工业领域的应用，并解释了其作用的机理，以及在工业中应用不规范对环境和人自身的危害。

关键词：表面活性剂；应用；机理

The Application of Surfactant in Industry

Abstract:In this paper, the application of surfactants in the coal, textile, food, material preparation, papermaking, pharmaceutical and other industrial fields have been introduced. The mechanism of its action and the harm to environment and human caused by the non-standard application in industrial were explained.

Key words:sur factant;application;mechanism

前言

能使水的表面张力明显降低的溶质称为表面活性物质。这种物质通常含有亲水的极性基团和憎水的非极性碳链或碳环有机化合物。亲水基团进入水中，憎水基团企图离开水而指向空气，在界面定向排列。表面活性物质的表面浓度大于本体浓度，增加单位面积所需的功较纯水小。非极性成分愈大，表面活性也愈大。表面活性剂依靠自身独特的两亲性结构而具有降低表面张力、起泡、乳化、分散、润湿、增溶、渗透和抗静电等性能,在各种工业和消费品应用中有重要的地位。目前,世界表面活性剂消耗量约为900万t,其中工业用量占55%,已广泛应用于选煤、纺织、食品、材料制备、造纸、制药等工业领域。

1 表面活性剂在选煤中的应用

选煤是洁煤技术中最经济有效的途径之一,是国际上公认的洁煤技术中的重点。表面活性剂因其具有双亲结构的特点,在选煤中有着重要的作用。开采到的

煤粒,一般被粘土粘污,大颗粒表面粘土易洗去,但煤泥中有相当可观的小煤粒,一般用泡沫浮选法回收。在浮选过程中,单靠煤与碱石表面性质的自然差异还不够,必须向煤浆中添加一定量的浮选药剂,以提高煤表面的疏水性使煤粒能更好地粘附在气泡上,形成矿化泡沫层。再者,在单纯的煤浆中充气,产生的气泡极易破裂,应添加浮选药剂增加其稳定性和分散性,因此浮选效果的好坏取决于浮选药剂。同样为提高絮凝法选煤的效果,应在絮凝过程中加入分散性较好的助剂,这些助剂是高分子表面活性剂,分子链较长,在煤粒表面的吸附能力较强,絮凝效果也较好。目前我国浮选选煤约占煤炭入洗量的15%～25%,表面活性剂在此过程中的用量每年达7000多t,主要是起泡剂,还有少量的添加剂和脱水剂。其中应用最多的起泡剂有甲基异丁基甲醇、杂醇油、聚乙二醇和聚丙二醇等,每年我国纯起泡剂的用量约3500t。与发达国家相比,我国原煤入洗比重还相当低,随着对环境保护要求的提高,我国将努力加大煤炭的入洗比重,相应地加大起泡剂的用量。

2 表面活性剂在纺织工业中的应用

2.1洗净剂

洗净剂也称洗涤剂,在纤维纺织过程中应用广泛,如棉布的退浆和煮练、羊毛的脱脂和洗涤、生丝的脱胶、合成纤维的脱油、织物染色和印花后清除未固色的染料等工序,都使用洗净剂。其在水中具有乳化、润湿、起泡、胶溶和悬浮等性能,从而表现出显著的去污能力,且耐硬水,遇到钙、镁离子不会产生沉淀,在水中不产生游离碱,不会损伤丝、毛织物的强度,不仅能在碱性或中性溶液中使用,还可在酸性溶液中使用,洗涤过程快,用量少,低温也可洗涤[1,2]。由于阳离子表面活性剂会产生静电吸附,导致表面活性剂的疏水基向着水溶液,分散后的污垢容易再沾污到织物表面,这样对于织物净洗极为不利。因而,作为洗涤用的表面活性剂多用非离子、阴离子和两性离子[3]。新型产品有茶皂素、多肽基表面活性剂[4]。

2.2匀染剂和分散剂

避免染色不均匀或染斑,是印染工艺的主要任务之一。匀染剂是指染色中能延缓染料上染纤维速度(缓染),并能使染料在纤维上从高浓度的部位转移到低浓度的部位(移染),从而避免出现深浅不均和色斑现象,并且不降低染色坚牢度的一

类助剂。表面活性剂可以增加染料的溶解度,增强其纤维上的渗透力和附着力,增强其色泽和提高纺织品的耐洗度。某些阴离子表面活性剂,如烷基磺酸钠、高级脂肪醇硫酸钠盐等,可用作天然纤维、锦纶纤维的亲纤维型匀染剂。分散剂是染料加工和染料应用中不可缺少的助剂,分散剂在染色中具有两个主要特殊作用:一是拆开聚集离子的反絮凝作用;二是保持分散粒子稳定的能力。有的分散剂本身就兼有分散性和移染性等多种作用,既可作为染料加工用扩散剂,又可作为印染中的匀染剂。苏喜春等人[5]在进行羊毛染色实验中发现,十八烷基胺聚氧乙烯醚硫酸酯钠盐能显著改善弱酸性艳蓝RAW对羊毛的匀染性和润湿性能,浓度越大,匀染性越好。

随着各种新型染色技术的逐步成熟,比如微波染色[6]、泡沫染色、数码印花[7]和超临界流体染色[8]等,对匀染剂和分散剂提出了更高的要求。

2.3抗静电剂

为消除或防止纺织过程中各工序产生的静电和在织物整理工序时或过程中的静电,必须使用抗静电剂。其作用主要在于使纤维的表面具有吸湿性和离子性,从而降低纤维的绝缘性,提高导电度,并能中和电荷,达到消除或防止静电产生的目的。Choi等[9，10]研究了在阳离子Gemini表面活性剂12-3-12和12-6-12存在下,染料1,4-二胺蒽醌(1,4-DAA)对尼龙-6和聚酯的分散染色性能,发现Gemini表面活性剂可用于控制染色动力学和改善染料的吸收。

3表面活性剂在食品工业中的主要作用

3.1表面活性剂作乳化剂

乳化剂的分子内通常具有亲水基(羟基等)和亲油基(烷基),易在水与油的界面上形成吸附层,属表面活性剂,可分为油包水型和水包油型两类。可用的乳化剂总数约65种,常用的有脂肪酸甘油酯(主要为单甘油脂)、脂肪酸蔗糖酯、明胶和蛋黄等。乳化剂能改善乳化体中各种构成相互之间的表面张力,使之形成均匀的分散体或乳化体,从而改善食品组织结构、口感和外观,提高食品保存性等。例如,在冰淇淋的生产中,冰淇淋产品质量的关键指标包括口感细腻、膨胀率高,通过使用合适的乳化剂,可提高发泡能力,改进组织的均匀性,从而得到高质量的冰淇淋。