第十章 表面活性剂的应用

Author：Tianyou Yue
2 烷基苯磺酸钠(ABS和LAS)
ABS(ALkylbenzenceSulfonate)应用最广泛、常用的是十二烷 基苯磺酸钠，它是由四聚丙烯和苯反应得到十二烷基苯，然 后再磺化，最后用苛性钠中和。
ABS是支链烷基苯磺酸钠．十二烷基苯磺酸钠发泡、润湿、乳化、去污 力均较好，且耐硬水性优，但其生物降解性较低劣，而直链烷基苯碳酸 钠LAS (Lanear ALkylbenzence Sulfonate)的去污性均与ABS没什么差异 ，但其生物降解性较好。
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5.仲烷基硫酸钠
SO3H RCH2CH3 + SO2 + 1/2 O2 RCHCH3 NaOH SO3Na RCHCH3
SAS具有优良的化学稳定性和生物降解性，无毒，降 低表面张力及润湿力达到非离子表面活性剂水平，其 cmc与烷基酚聚氧乙烯醚相近，易形成胶束，又出于 其为离子型，因而可形成稳定的乳液，并防止油蜡等 所形成胶束的再沉积。正因为其性能十分优异，故是 近十年发展最快的品种，国外不少高效的净洗、精练 剂命均有它存在。如 A巴斯大公司的Leophen含C14— C16H29-33 SO3Na (SAS)达27%，其耐碱性(高温下)可达 80g／L。
3．烷基磺酸钠(As)
烷基磺酸钠(ALkyl Sulfonate)．国外称Mersolate(I．G)，国内称601洗涤 剂，其化学通式为R—SO3Na(R：C14—C18)．工业合成反应为：
AS以直链为佳，碳链15-16最适宜，它在硬水中有良好的润湿、乳化 、分散、起泡和去污力，易被生物降解，价廉，但去污和携污力较肥 皂差。印染中常作棉布煮练助剂和印染后清洗剂。
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二、阳离子表面活性剂
这类表面活性别去污力差，价格高，且不能与 阴离子表面活性剂复配、因而不作洗涤剂的主要 成分。但阳离子表面活性剂具毛良好的杀菌和消 毒能力．对纤维也有优异的吸附性．具优良的抗 静电性和柔软性，所以在特殊的情况下使用阳离 自表面活性剂。但需指出的是，阳离子表面活性 剂只有在第二层吸附时，才能取得有效的去污能 力。当然，在较强酸性条件下，蛋白质纤维具正 电荷，这时阳离子表面活性剂显示了较好的洗涤 能力。
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2. 氨基酸型
N—烷基—β —氨基丙酸类洗涤刑是近年开发的、很温和、对眼睛天 刺激作用、对各种纤维有很好洗涤效果的两性表面活性剂。 这类表面活性剂对棉织物的去污力远高于LAS，且与阴离子表面活 性剂有很好的配伍性，加少量LAS后，协同效应明显。
五、助洗剂
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表面活性剂的应用
洗 涤 剂
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洗涤剂种类很多，洗涤剂的主要成分 是表面活性剂，为提高洗涤效果，往往在 洗涤剂中还加有诸如无机盐及其他助剂。 从洗涤剂的主要成分表面活性剂来看 ，有离子型、非离子型和两性型表面活性 剂。
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一、阴离子表面活性剂
两性型表面活性剂结构复杂，成本高，但对皮肤刺激性低，杀菌力强． 发泡力强，生物降解性强，织物洗涤后具有柔软的手感，因而在特殊的 场合，它是一类有强竞争力的产品。
1.甜菜碱类
R N CH3 CH3 + ClCH2COONa R CH3 + N CH2COO- + NaCl CH3
分子中R为C12—C16的烷基。最近开发的羟基磺酸甜菜碱(HSB)净洗力更 强，在硬水中，其洗涤力比LAS和PAEO等优越得多。 若在HSB中加微量阴离子表而活性剂，则HSB的去污力明显增强， HSB具有很低的起泡性。
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(3) 碳酸盐
碳酸盐呈强碱性，能软化硬水， 由于强碱性．使洗涤效果 增强，但对羊毛、丝、锦纶等易受碱影响的纤维洗涤极不适 合加碳酸盐。然而用于棉织物的重垢洗涤剂则可加入，但用 量不能过高，—般低档洗衣粉用量不超过10％。
(4)硫酸纳
硫酸纳除作为填充剂，增加含固量，降低成本外，还 能压缩离了型表面活性利扩散双电层，增加表面吸附，使 之易形成胶束，有利于润湿和去污。此外硫酸钠也能防止 结块。但用量不能过高，否则影响洗涤。
(6)其他助剂
硼砂、膨润土等均能作助洗剂，它们分别具有缓冲能力、协同作用、 硬水软化作用等。 氢氧化铝、钛白粉、石英砂等，能起分散相防止结块作用，并能提高 白度。 过氧酸盐一方面起漂白作用．另一方面能增加洗液碱性和缓冲性。
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2．有机助剂
洗涤剂中有机助剂量虽少，但其作用不亚于无机助剂。常用有机助剂 主要合：螯合剂、抗再沉积剂、泡沫稳定剂、荧光增白剂、增稠剂、 增溶剂及其他助剂。 (1)螯合剂：主要是替代三聚磷酸钠。有机螯合剂有两类
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(5) 沸石
沸石是具三维构造的铝硅酸盐，含有一加热即容易脱出的结晶水。沸 石中的钠能和洗液中的重金属离子交换，使水软化，同时使洗涤液呈碱 性，提高洗涤效果。沸石具有很高的吸附性，能吸附污垢粒子．促进污 垢聚集或成为污垢积聚成长的核，起到增强洗涤剂的去污效果。沸石不 存在富营养化问题。它对环境安全，经济上优越，但助洗效果不及三聚 磷酸钠。
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5．聚氧乙烯脂肪酰胺
此类产品泡沫稳定性特强，具有很好的脱脂件和乳化性，不耐酸，耐 硬水及碱，用于配制各种冲洗剂和乳化剂。印染工业中主要作织物洗 涤剂用。
6．蔗糖酯
蔗糖脂无毒、无臭、无味，溶于水呈透明状，用于低泡洗涤剂生产。
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四、两性型表面活性剂
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(2) 硅酸盐
硅酸盐在洗涤剂中起着重要的作用。它与表面活性剂一 起使用，具有良好的助洗效果。 主要特点有：①缓冲作用，即使在酸性污垢存在下也能维 持pH值几乎不变，在几种无机助剂中．其缓冲作用是最好 的；②悬浮、乳化作用、并有稳定泡沫作用．这是由于硅 酸的胶束结构所造成的；③软水作用，它能与重金属离子 生成不溶性盐，这种沉淀易用水漂洗去除，但它本能与钙 、镁络合；④对纺织品有保护作用，对某些金属具有防腐 蚀作用；⑤能降低浆粘度，增加粉状颗粒强度、流动性和 均匀性；⑥与三聚磷酸钠混合，对洗涤剂协同作用明显； ⑦易形成硅垢沉积，织物手感粗糙。
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三、非离子表面活性剂
非离子表面活性剂作洗涤剂具有去污力大、泡沫少、耐硬水及电解质 、cmc低、较好的生物降解性等特点，因而其品种和用量逐年增加。 日前主要的品种有聚乙二醇、脂肪酰胺、聚醚和蔗糖脂类。 1.脂肪醇聚氧乙烯醚(AEO)
ROH
+
CH2CH2 NaOH O
这类表面活性剂应用最广，其中尤以肥皂、烷基硫酸钠和十 二烷基苯磺酸钠应用最广。阴离子表面活性剂价廉，且与碱 合用时能增强去污力，织物洗后手感较好。 1.肥皂 由天然油脂与氢氧化钠水溶液加热皂化而得
钠皂、钾皂在软水中具丰富的泡沫和良好的洗涤能力，用于棉织物，几 乎没有一种洗涤剂能与之相比，其携污能力较好，并具有优良的乳化力 和渗透力。但在硬水中易形成不溶于水的钙或镁皂，降低洗涤力，沾污 织物。肥皂易水解，也会降低洗涤性能。
五、助洗剂
在洗涤剂商品中，除作为洗涤用的主要成分表面活性剂外 ，还有各种添加剂以提高洗涤效果，改善使用性能，提高 商品价值。这些添加剂称之为助洗剂。
助洗剂分为无机助剂和有机助剂。一般洗涤剂中含表面 活性剂约10%—30％，助洗剂约30%—80％。由于助洗剂 作用不一，因而采用的助洗剂品种也有较大差异。 从实际情况看，助洗剂的主要作用有:增强表面活性作用 ，防止污垢沉积；硬水软化作用；缓冲作用；改善泡沫性 能；增加溶解度；提高粘度；改善刺激性，柔软、抗静电 、增白、抑菌、杀菌等；增加透明度，改善外观等。
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3 . 脂肪酸聚乙二醇酯
分子中疏水链以12—18碳、12—15个环氧乙烷为宜，n数降低或增加，其 乳化能力提高，但洗涤力降低。 在印染工业中，它们主要用于煮练、染色的渗透和匀染及纺织时的平 滑剂。
4．聚醚
这类洗涤剂去污力强，乳化性好，低泡，净洗力大于肥皂，是最优良 的净洗剂。合成中调节a、b、c比例，可得到各种不同性能的洗涤剂 。实际应用时，聚氧丙烯相对分子质量小于900时．洗涤效果明显降 低；友1000—2000之问，洗涤能力较强，聚氧乙烯含量在40％。70％ 时，洗涤力最高。
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4．脂肪醇硫酸脂钠
脂肪醇硫酸脂钠又称烷基硫酸钠(ALkyl Sulfate)，结构式为：R－OSO3Na (R是C12—C16的正构烷基)。工业生产反应式如下：
脂肪醇硫酸酯钠具有较好的起泡、去污和乳化性能，织物洗后手感柔 软，漂洗容易。分子中烷基以C12—C18为宜，碳链增长，发泡力降低， 去污力提高。在脂肪醇的合成过程中，随仲醇形成及增加，则润湿力 提高，洗涤力降低，且酯键越接近分子末端，洗涤力越大。 此洗涤剂价高，所以印染中主要用于丝、毛等高档精细织物的洗 涤。内于其对皮肤刺激小，因此也可用于洗发润发香波和牙膏中。但 在游离酸存在下，这类洗涤剂易分解。
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1. 无机助洗剂
无机助洗剂包括；磷酸钠、碳酸钠、硫酸钠、硅酸钠等。
(1)磷酸盐类：
常用的是磷酸三钠(初期产品)，而合成洗涤剂中使用的是缩合磷酸盐， 如焦磷酸钠(Na4P2O7)、三聚磷酸钠(Na5P3O10)、四聚磷酸钠(Na6P4O13)、 六偏磷酸钠(NaPO3)。这些多聚磷酸钠在水中能将金属离子螯合，而螯 合物又不沉淀。在上述多聚磷酸钠中，对钙离子螯合以六偏磷酸钠最强 ，而镁高子则以焦磷酸四钠最强；聚磷酸钠对钙、镁高于螯合能力均在 两者之间，因而软化水以三聚磷酸钠最为理想。另外，三聚磷酸钠还具 有对其他金属离子捕捉的能力，对蛋白质膨润、增溶的能力，促进脂肪 乳化，对固体粒子分散作用。三聚磷酸钠本身呈碱性，但在溶液中具有 缓冲能力；它还具有吸水能力，防止产品因吸湿而结块。 聚磷酸盐，尤共是三聚磷酸盐对洗涤剂中表面活性物均有协同作用。 一般普通洗涤剂中含量达35％—50％，但三聚磷酸钠的大量存在，引起 排放液磷含量增加，造成废水的‘富营养化”。
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在LAS中也以十二烷基苯磺酸钠应用最广泛，其合成反应如下：
在合成中，常有支链或带有不同链长的同系物存在。制备方法不同，还有 不同异构体存在。随着烷基碳链增长，洗涤性提高，但溶解度降低，对位 的洗涤性较邻位好。
十二烷基苯磺酸钠在印染上可作棉布煮练助剂和净洗剂。
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ROCH2CH2OH
NaOH
ROCH2CH2OH + n CH2CH2 O
RO(CH2CH2O)nH
分子中环氧乙烷数达10—15、疏水基碳12—18时，具有良好的去污力， 其浊点随n增加而提高，随疏水基中碳原子增加而降低。
这类表面活性剂具有良好的增溶、乳化和去污能力，印染工业中主要 用于毛织物和腈纶织物的浴洗和前处理.
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6．脂肪酰胺磺酸盐
(1)油酰氨基酸钠(国内称雷米邦A)
雷米邦A具有中等去污力，在硬水和碱性液中稳定性高，在强酸性液中 易分解，少量纯碱的存在，可提高洗涤能力。蛋白质纤维洗后光泽、弹 性及手感均有改善。 (2)胰加漂T(N，N—油酰甲基牛磺酸钠)
胰加漂T耐酸、碱、氧化剂、硬水，烷基碳原子须大于12．以16—18具 有最好净洗力。它具有较好的渗透、乳化、扩散和去污力，泡沫丰富而 稳定，易溶。毛、合纤织物洗涤后手感、光泽均有所改善。
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2.烷基酚聚氧乙烯醚
Rຫໍສະໝຸດ Baidu
O(CH2CH2O)nH
最常用的是壬基酚、辛基酚，环氧乙烷数以9—10最合适。目前应用广 泛，但生物降解性差。这类表面活性剂耐硬水，耐碱、耐酸性很好， 起泡力强、乳化性好，且有润湿、渗透、分散性、是一类性能全面的 表面活性剂。 在印染工业中，它用于粘胶净洗、羊毛脱脂和精练中。
①含氮羧酸。如乙二胺四乙酸(EDTA)、氮川三醋酸(NTA)、二亚乙基 三胺五蜡酸(DTPA)、它们能与重金属离子螯合，尤其是对三价金属 离子如Fe3+，其螯合能力大于磷酸盐。这些化合物均属酸性，所以在 强碱性溶液中效果会有所降低。它们的使用，虽解决了废水中磷的问 题，但又带来了合氮问题，因而同样存在“富营养化”问题。