低泡表面活性剂

　　低泡表面活性剂，指的是EO/PO嵌段聚醚、异辛醇磷酸酯衍生物、乙氧基化脂肪酸甲酯类衍生物、聚醚改性有机硅类表面活性剂。

表面活性剂泡沫形成原因

　　当表面活性剂和水混合时，亲水性的一端会溶于水中，疏水基的一端则会脱离水，聚集在水面。在水面的表面活性剂，疏水基会离开水面，进入空气中，亲水基溶于水，并排在水面上。当搅动水时，会将空气进入水中，此时疏水基会包住空气，成为汽泡。一般而论，阴离子和阳离子表面活性剂泡沫Z高，非离子表面活性剂泡沫相对低些。

　　在大多数的工艺里面，泡沫带来的都是负面影响，就是说我们追求的低泡和无泡的表面活性剂。但在某些领域，却恰恰相反，如日用化学品，沐浴露洗面奶等，追求的就是泡沫多，泡沫细腻;再如造纸脱墨领域的浮选脱墨，也需要表面活性剂有良好的发泡性能。

低泡表面活性剂类别及结构特征

　　1、低碳链、异构化

　　泡沫的破灭过程是隔开液体的液膜由厚变薄直至破裂的过程，因此低泡表面活性剂是在体系形成的泡沫的液膜强度要弱，同时排液也要快。低碳链的表面活性剂(一般4～8)，在体系中表面粘度低，形成的液膜强度低，不容易形成稳定的泡沫，但此类表面活性剂去污力相对较差。

　　异构化的支链表面活性剂，渗透性较好，排液速度较快，也不易形成稳定的泡沫。在各种醇类里面，异辛醇具有突出的消泡效果，由异辛醇衍生的表面活性剂也具有低泡沫的效果。在异辛醇分子式中引入磷酸酯的结构，会提高产物的表面张力，进一步降低产品的泡沫。这类表面活性剂常见的有异辛醇磷酸酯、异辛醇聚氧乙烯醚磷酸酯等。

　　异辛醇的磷酸酯类衍生物是一类低泡沫的阴离子型表面活性剂，一般具有较好的渗透与润湿性能，特别是异辛醇聚氧乙烯醚磷酸酯兼具有一定的乳化性能，常用于酒瓶、幕墙等碱性清洗工艺中。此类表面活性剂既有离子型的也有两性的和非离子类的表面活性剂，如低泡的氧化胺、低碳链的APG、异辛基咪唑啉等。低碳链、异构化也是对离子型表面活性剂改性(降低体系泡沫稳定性)的常用方式。

　　2、基团改性

　　(1)EO/PO嵌段改性

　　非离子表面活性剂分聚氧乙烯(EO环氧乙烷)型和多元醇型两类，在其亲水基EO聚氧乙烯部分掺入亲油基PO环氧丙烷(C₃H₆O)成份，或者直接用亲油基PO环氧丙烷将原先的亲水基封堵，形成的EO/PO嵌段聚醚通常为低泡表面活性剂。

　　聚氧乙烯基-O(CH₂CH₂O)_nH为亲水基团，聚氧丙烯基-O(CHCH₃CH₂O)_nH为亲油基，这种亲油亲水混合结构一方面在水溶液里面更易形成胶束，从而表面张力较大，另外这种亲水亲油基团交错混合排列，空间相互阻碍并形成大量液膜之间的空隙，减弱了液膜的强度，Z终所形成的泡沫膜壁更容易破裂，从而具有低泡特性。如Cindy等人合成的低泡表面活性剂就属于此类结构。

　　此类表面活性剂是应用Z广泛的低泡表面活性剂，为低泡清洗剂中主要使用的表面活性剂。将有机硅结构中的烷基以聚醚取代，同样可以有效的减少有机硅表面活性剂的泡沫。在净洗领域，特别是针对疏水的固体表面，EO/PO嵌段聚醚改性有机硅表面活性剂可以显著加快对物体表面的润湿速度，增强除油污的效果，减少净洗所用的时间。

　　(2)聚醚支化

　　聚氧丙烯(PPO)-聚氧乙烯(PEO)嵌段聚醚是一种典型的非离子型高分子表面活性剂，它的结构具有丰富的可设计性，可以在溶剂中组装成具有各种形貌的介观结构。支状聚醚已开始成为新的研究热点。

　　有学者利用格尔伯特醇制备的聚氧乙烯醚表面活性剂，明显比常规AEO系列表面活性剂具有低泡性。还有学者合成了多支状多嵌段聚醚，研究了它们的聚集行为，并考察了嵌段聚醚及其改性破乳剂在原油破乳方面的应用。

　　(3)脂肪酸/醇酯及其EO/PO聚醚

　　高碳链的脂肪酸甲酯可用于造纸领域耐强碱型消泡剂。脂肪酸甲酯乙氧基化物继承了聚醚酯类表面活性剂易于分散、表面活性高、抑泡消泡能力强等优点，而且乙氧基化后化亲水性进一步提高，削弱了原来聚氧乙烯链与水分子间的氢键，降低了泡沫膜层的强度，使泡沫更容易破裂。

　　有学者以月桂酸甲酯为原料，通过乙氧基化及丙氧基化反应得到月桂酸甲酯EO/PO共聚醚(FMEP)，表面活性要优于脂肪酸甲酯乙氧基化物(FMEE)，比脂肪酸甲酯乙氧基化物的润湿力要差;与市场聚醚消泡剂L61相比，FMEP的消泡及抑泡性能优于L61，产品在实际体系中进行应用，表现出较好的消泡和抑泡性能。

　　有学者以脂肪醇、环氧乙烷(EO)、环氧丙烷(PO)为原料合成链段排列方式为PO-EO和PO-EO-PO的聚醚，再以月桂酸或硬脂酸为酯化剂，对甲苯磺酸作催化剂，对聚醚进行酯化，得到聚醚酯类消泡剂。

　　(4)天然油脂的改性

　　以天然油脂(豆油、菜油、棕榈油、橄榄油等)为原料，通过改性及烷氧基化制备而成的非离子表面活性剂，作为天然油脂的衍生物，具有良好的生物降解性，是优良的绿色表面活性剂。

　　有学者以天然油脂为原料，与环氧乙烷(EO)或环氧丙烷(PO)经一步法嵌入反应得到乙氧基化油脂(EFO)或丙氧基化油脂(PFO)。还有学者利用植物油EO/PO聚醚和改性天然油脂制备了浓缩低泡洗衣液的表面活性剂体系。

低泡表面活性剂的性能特征

　　耐酸/碱性:在通常的条件下可以认为它们是耐酸/耐碱的，尤其是烷基封端的醇醚可以在高温、高酸/碱条件下长时间稳定(自身的结构不发生变化)。

　　表面活性:由于受分子结构的限制，表面活性剂两亲结构中亲水基和亲油基之间的ji性差异明显降低(通常是亲水基团的亲水性降低)。这种结构特征使得它们在很多应用中难以在“油相”和“水相”间恰当地平衡，润湿、乳化、分散、去污等性质相对较差。

　　浊点降低:由于结构中亲油基团相对增多，低泡非离子表面活性剂浊点相对较低。

　　凝固点下降:由于亲水端被亲油(如烷基)或相对亲油(丙氧基)的基团封闭，分子间的作用力减弱，导致产品的凝固点下降。这一性质为该类产品的的使用提供了方便，尤其是在低温季节。

　　凝胶的趋势减小:该类产品在水中形成凝胶的趋势大大减小，这对产品的配制很有利。

常见的的低泡表面活性剂

　　在讨论低泡表面活性剂时，必须先说明使用的条件、工艺等，表面活性剂的泡沫除了与自身结构有关，还与水的硬度、使用温度、酸碱pH值、压力等有诸多联系。

　　1、肥皂

　　肥皂在硬水的使用条件下，可以称之为低泡沫的表面活性剂。有些时候可以用肥皂来检验和区分软水和硬水，泡沫多的为软水，泡沫少的为硬水。主要是因为在硬水里面，肥皂会结合钙镁离子形成不溶于水的钙皂或镁皂，在泡沫的表面容易形成缺口，导致泡沫破裂。

　　2、脂肪醇的EO/PO嵌段的聚氧乙烯醚

　　脂肪醇与EO(环氧乙烷)缩合加成，即AEO系列，引入亲水性的EO基团，会获得ji佳的润湿、乳化、净洗以及高泡沫的性能。而PO环氧丙烷则是憎水基团，引入环氧丙烷可以有效的降低所形成的泡沫表面的表面张力，导致泡沫破裂并消失。

　　但是引入PO不可避免的降低EO的含量，从而降低表面活性剂的乳化、分散等去污性能。所以对于EOPO嵌段聚醚，其乳化、分散等净洗功能与低泡必定是相互矛盾的。泡沫越低，其它性能就会越差。

　　3、脂肪酸甲酯乙氧基化物及其衍生物

　　脂肪酸甲酯，特别是18碳的硬脂酸甲酯，本身也是一种消泡剂，所以18碳硬脂酸甲酯为原料的表面活性剂也相应的会具有低泡沫的性能，并且这种低泡的性能不像EOPO嵌段聚醚是以损失其净洗性能为代价的，因此是颇有实际应用价值的低泡沫净洗剂。

　　4、低碳链的脂肪醇醚及其衍生物

　　低碳链的脂肪醇具有一定的消泡功能，因此，以低碳链脂肪醇为原料的表面活性剂，也相应的具有低泡沫的特性，Z常见的为异辛醇聚氧乙烯醚、异辛醇的磷酸酯和异辛醇醚的磷酸酯都具有低泡沫的特性。但是低碳链的脂肪醇衍生物往往只具有渗透性，其它的性能则较差，从而限制了其应用范围。

低泡表面活性剂在工业中的应用

　　低泡表面活性剂多应用于工业和公共设施的清洗，进一步的划分大致为:餐具洗涤剂和漂洗剂、原位清洗(CIP如酿造厂发酵罐等)、饮料生产(如回收瓶清洗)、金属清洗、车辆清洗、公用设施清洗、家用和商用洗涤等。

　　1、餐具机洗

　　通常的洗碗程序是在餐具进入洗碗机之前有预洗，预洗用的洗涤剂就是普通的餐具洗涤剂。预洗后简单地过一下水即进入洗碗机。由于该过水不一定充分，可能会有洗洁精残留，因而该过程难免将发泡性很强的物质带入洗碗机内。另一方面，洗碗液通常是强碱性的，目的之一即是将餐具上的油脂皂化去除。加之污垢中会有蛋白质，这些物质都有一定的或相当强的发泡性。

　　餐具漂洗剂对表面活性剂功能的要求是:温度从大于45℃泡沫不仅要低，要迅速消失，而且还需要有抑泡功能;需要耐碱、耐高温，即长时间在pH约13以上，温度在65℃以上(洗碗机内的使用条件)，化学性能稳定，在约(75～85)℃快速催干餐具。

　　2、原位清洗

　　原位清洗主要是指在食品生产加工过程中的清洗，涉及到的类型主要有，饮料(如啤酒的发酵罐)、食品蒸煮罐等等。CIP清洗中的污垢一般为油脂、蛋白、淀粉、酒石等。

　　在清洗过程中，真正使污垢发生变化的——使污垢由在水中不溶解物变成可溶解物，以便清除的物质主要是碱或酸。碱使油脂皂化，使蛋白水解;酸使酒石分解，表面活性剂在其中的作用主要是润湿——即通过润湿作用将清洗剂带到被清洗物的表面，并增加了二者的接触时间，从而使碱或者酸的作用得以Z大程度的发挥。同时，清洗产品中表面活性剂为低泡表面活性剂，具有消泡或抑泡作用，可以保证清洗得以平稳进行。

　　3、回收饮料瓶的清洗

　　主要回收啤酒瓶的清洗。由于洗瓶条件通常是高温(80～90℃)，高强碱(氢氧化钠2%～4%)，蛋白质(来自残留的啤酒，瓶贴用胶等)和油脂含量丰富，加之铝箔(来自瓶贴和封口贴)溶解时产生大量的气泡(铝和碱作用产生氢气)，故对泡沫的控制作用显得更重要。另外，对表面活性剂的润湿性需要更强，以便能有效地加速瓶标的剥离和霉斑的洗脱。

　　4、金属清洗

　　金属清洗有多种形式，超声、高压喷淋、剧烈搅拌等清洗条件下，低泡表面活性剂在该领域的应用遇到了更大的挑战。与之前的领域相比，主要的区别是在金属清洗中，表面活性剂除了润湿、消泡和抑泡外，还要具有较强的去污作用。

　　随着清洗的进行，油污可能引起体系的泡沫增多，所以要求活性剂同时具有良好的去污特性同时不仅自身低泡，还要有YZ油污引起的泡沫的影响。这些功能的平衡恰恰是难点所在，特别是在常温清洗中，在冬季由于清洗温度低，泡沫问题尤其明显。

低泡表面活性剂发展趋势

　　低泡表面活性剂是低泡清洗产品的关键，另外在涂料、印染、表面处理等工业上也有着广泛的应用，对处理对象的表面有着关键的影响。结构优化、开发新型结构的低泡表面活性剂需要进一步改善目前存在的问题:

　　润湿:增加支链化度可以提高其润湿特性。如在烷基部分采用支链化度高的相比直链烷基的醇醚封端产物，其润湿性能有了很大的提高。

　　乳化:乳化力(主要指水包油型)差是低泡表面活性剂的主要缺点。目前，低泡清洗产品借助Z终产品体系中的其他组份一道实现。方法之一是利用其他表面活性剂作为乳化主力，而将低泡表面活性剂作为消泡/抑泡成份，方法之二是利用助剂，如碱或络合剂等的作用。

　　分散:提高分散性，有利于防止油污再次沉积到清洗物体表面。

　　浊点:低泡的表面活性剂不仅一般浊点较低，在配制低泡清洗产品需要加入助溶剂。

　　抑泡:由于常见的低泡表面活性剂乳化力不够，往往在清洗产品需要复配一些提高乳化力的其他的表面活性剂，低泡表面活性剂需要具备自身低泡同时也要有能力YZ体系其他组分以及油污带来的泡沫。表面活性剂与聚合物、其他表面活性剂等复配组成低泡活性剂体系。