第六章 表面活性剂

第六章表面活性剂

6.1表面活性剂的结构与分类

一、表面活性剂（SAA）的定义

•表面活性剂是一种能大大降低溶液(一般为水)表面张力(或液—液界面张力)、改变体系的表面状态从而产生润湿和反润湿、乳化和破乳、分散和凝聚、起泡和消泡以及增溶（这也是判别SAA的依据）等一系列作用的化学药品。根据对水的表面张力的影响，可大体把物质分为三类：

1.表面张力随浓度增加而略有上升，如无机盐、酸和碱等

2.随浓度的增加表面张力缓慢下降，如低级醇、羧酸等

3.随浓度增加，表面张力先是急剧下降，到一定浓度后基本不再

变化，如肥皂中的硬脂酸钠、洗衣粉中的烷基苯磺酸钠等。

我们把第三类物质称为SAA。第二类物质虽也能降低表面张力，

但没有乳化、起泡、增溶等作用，因而通常不称之为SAA。

二、表面活性剂的结构特点

•表面活性别分子由亲油基

(也称憎水基，以

和亲水基(也称憎油基,

表示)

子(表示为。

•亲油基必须具有一定的长度时才

是SAA。当碳原子数在8 20之间时

才具有明显的SAA特征，但当碳原

子数太大时，由于形成不溶于水的

化合物，又失去活性剂的作用。

三、 SAA的基本性质

SAA溶于水后，皆会形成亲水基插入水中，亲油基插入油或空气中的定向排列结构，使表面张力急剧降低，当浓度达一定值（表面排满一层）后，则会形成胶束，这种独特的结构和性质，使其具有极其广泛的用途。

四、表面活性剂的分类及性质

SAA可依据用途、作用、结构特点等分类，但因其种类繁多，应用也极其广泛，而且常见一剂兼备几种作用，所以按用途和作用分类十分困难，一般认为按结构来分类比较合适。此外，亲水部分的原子团种类繁多，故SAA的性质之差异，除与其碳氢基（及其它亲油基）外，主要还与亲水基团的不同有关，亲水基团的结构变化远较亲油基团为大，因而SAA按结构分类，一般以亲水基团为依据。此种分类的优点是从其类型便可推断其应用范围。下面主要介绍按亲水基的分类，也适当介绍一下按憎水基的分类。

•按亲水基团类型分类

阴离子型在水中能离解，起活性作用的（大离子）部分是阴离子憎水基主要为烷基、异烷基、烷基苯等，亲水基主要

有钠盐、钾盐、乙醇胺盐等水溶性盐类。表示为：

(1)羧酸盐型

通式：RCOOM。其中M是金属离子。如油酸钾(C17H33COOK)、硬脂酸铝[(C17H35COO)3A1]等。

(2)硫酸酯盐型

通式：R—O—SO3M，如十二烷基硫酸钠：C12H25一OSO3Na等

(3)磺酸盐型

通式：R—SO3M，如十二烷基苯磺酸钠：C12H25C6H4SO3Na

(4)磷酸酯盐型

通式：R-O-PO3M，如高级醇磷酸酯二钠盐：C16H33—O一PO3Na2

性质：这是一种去污能力强、粘度高、适用于餐具洗涤剂的重要原料，其综合性能和复配性能都很好。

阳离子型几乎所有的阳离子表面活性剂都是含氮化合物，就

是有机胺的衍生物。表示为：

(1)铵盐型

R-NH2HCl 伯胺盐

R-NH（CH3）HCl 仲胺盐

R- N（CH3）2HCl 叔胺盐

R- N+（CH3）3Cl-季胺盐，如十六烷基三甲基氯化铵：

C16H33- N+（CH3）3Cl-

(3)吡啶盐型

如十六烷基溴代吡啶

(4)多乙烯多铵盐型

通式： RNH[CH2CH2NH]n H·mHCl(m≤n+1)

两性型分子中带有两个亲水基团，一个带正电，一个带负电，

正电性基团主要是含氮基团(或用硫和磷取代氮的位置)。

性质：它们具有抗静电、柔软、杀菌和调理等作用。

非离子型它的极性基不带电，在水溶液中不电离，并且不受强

电解质、强酸、强碱的影响，稳定性高，与其他类型

的表面活性剂相溶性好。可分为两类：

(1)聚乙二醇或聚氧乙烯型

•平平加(Peregal)型：脂肪醇聚氧乙烯醚，R—O(CH2CH2O)n H，R的碳数在8—18之间，n在1~45之间。

•OP型：为烷基苯酚聚氧乙烯醚，R—C6H4—(CH2—CH2—O——)N H，R的碳原子数在8~12之间，n在1~15之间。

•P型：C6H4—O—（CH2—CH2一O—）n H，n在1~40之间。聚氧乙烯的个数通常用数字表示在P的后面，如P—30即C6H4—O—（CH2—CH2一O—）H。

30

•聚氧乙烯脂肪酸酯型：RCOO—（CH2CH20—）a H

(

( CH2CH2O)n H

•胺型： RN

CH2CHO)m H

(2)多元醇型

•司盘(Span)型：是失水山梨醇和各种脂肪酸形成的酯这类SAA是油溶性的。•吐温(Tween)型：吐温型是在司盘基础上改性而得，水溶性。

性质：非离子表面活性剂在洗涤用品中经常使用，主要用作发泡

剂、稳泡剂、乳化剂、增溶剂和调理剂等多种用途。

混合型这种活性剂的分子带有两种亲水基团，一种带电，一种不带电。

小结：就上面5种类型的表面活性剂而言，非离子型的表面活性较大，两性型的次之，离子型的较小。虽然这样，但它们在各种配方的使用中，只要配合得当，都能发挥出意想不到的作用。

高分子SAA 分子量在数千到一万以上的具有表面活性的物质一般称为高分子SAA，其种类很多也可分为阴、阳、两性及非离子等多种类型。高分子SAA的性质不仅与分子量有关，而且与单体的组成有关。一般具有以下特点：

①降低表面张力的能力小，多数不形成股束；

②渗透力弱；

③起泡力差，但形成的泡沫稳定；

④乳化力好；

⑤分散力和凝聚力优良；

⑥多数低毒或无毒。

•按亲油基团分类

碳氢化合物类

直链烷基（C8-C20）

支链烷基（C8-C20）

烷基苯基（碳原子数为8-16）

烷基萘基（烷基碳原子数在3以上，烷基数目一般是两个）

松香衍生物；

特殊类型的SAA

（1）含氟SAA：

构成：碳氢链中的氢被氟取代而构成

特点：

a. C-F链疏水性更强，故是比烷基链活性更强的SAA（其水溶液的σ可降低至10mN∙m-1以下）；

b. 化学性质极稳定，在强酸、强碱、强氧化及高温条件下皆稳定

c. 成本高，故有必要研究、开发氟混合SAA。

（2）硅SAA

特点：疏水性特别强，故一般比碳氢链的SAA活性高。其水溶液的最低σ可降至20mN∙m-1。这比一般的碳氢链SAA低10mN∙m-1，已接近氟SAA的一般水平。

6.2表面活性剂溶液的性质

一、表面活性剂的溶度

表面活性剂的溶度是衡量起亲水性或亲油性的重要参数，亲水性越强在水中的溶度越大，亲油性越强，越易溶于油。

1. 离子型表面活性剂在低温时溶度较低，随温度升高缓慢增加，达

某一温度后溶度迅速增加。这个温度称Krafft点。同系物的碳氢链越长，Krafft点越高。

2. 非离子型表面活性剂的溶度随温度升高而下降。因为温度升高会破坏聚氧乙烯基同水分子的结合，使SAA析出。实验中，缓慢加热非离子型SAA的透明水溶液，达到某一温度时溶液突然发生浑浊，这个温度称为“浊点”。同系物