表面活性剂

什么是表面活性剂

　　表面活性剂是一种加入了少量能够使得溶液体系的界面状态发生明显变化的物质。表面活性剂拥有固定的亲水亲油的基团，而且能够在溶液的表面定向的排列。表面活性剂的分子结构是具有两亲性的，一端是亲水基团，一端是疏水基团。

　　一般亲水基团是极性的基团，例如氨基与硫酸，疏水基团一般都是非极性烃链。表面活性剂还有一些分类，分为离子型的表面活性剂，非离子型表面活性剂，两性表面活性剂，复配表面活性剂，其他表面活性剂等等。

　　表面活性剂经常被用到工业行业所使用，对于活性剂的使用，大多数都是在洗涤和纺织行业中使用的，对于所有的精细工业行业，都不能够离开表面活性剂的使用。我们所有的有关工业的行业，包括医药行业也离不开表面活性剂的使用，还有造纸行业，也是精细工业行业的一个领域，在造纸行业，表面活性剂也有很大的使用。

　　在医药行业，经常会在药剂中利用表面活性剂的增液的作用，能够使得很多难以溶解的物质变成透明的溶液，还能够增加溶液的浓度。而且在医药行业，表面活性剂还被应用在杀菌剂与消毒剂的使用中，它能够通过和细菌生物膜蛋白质产生强烈的作用，使得细菌生物膜蛋白质产生变性，甚至是失去原有的功能，所以表面活性剂的作用十分的强大，它的应用也十分的广泛。

表面活性剂的发展

　　我们进入工业化时代之后，工业就成为了我们国家建设的主要行业。随着科技的发展，工业已经成为了国家经济的一个评判标准。

　　在工业方面，每个国家都很重视这项行业，也将这份行业作为竞争的主要行业，现在这个社会，不仅仅是个人的竞争，更是国与国之间的竞争，工业是能够体现一个国家综合实力的一个很有效的评定标准，所以我们对于工业的建设应该是尤为重要的。表面活性剂是工业中不可缺少的一个十分重要的组成。

　　表面活性剂的使用范围也是十分广的，涉猎的行业也有很多，现在表面活性剂的使用不仅于工业行业，它在纺织，食品与石油上都有广泛的应用，所以对于表面活性剂的发展前景是非常好的。

　　我国的表面活性剂的起步比较晚，相较于西方发达国家还有些落后。我国的表面活性剂的基础不是很好，需要我们去加强。我们要考虑我国的实际发展情况去进行活性剂的发展。

　　现如今我国的环境有所污染，所以我们在工业方面应该多多注重环境保护方面，不能够只发展工业而忽视我们的环境，所以我们应该注重直链烷基苯磺酸钠的发展，因为这种活性剂有很强的降解性，能够使得原料再生，符合我们的可持续发展的战略，能够对我们的保护环境起到很大的作用。

　　而且我们的表面活性剂应该顺着多功能的方向去发展，我们对于表面活性剂的使用是多方面的，所以要不断的完善它的功能，能够使得它适应更多的情况与方面，不仅要使得它具有清洁的作用，还要有杀菌消毒的作用，因为我们现在对化妆品和家用洗涤剂的要求在不断的加大，所以我们一定要完善表面活性剂的功能，这样才能够使得我们的化妆品和家用的清洗剂更加好用。

　　我们也可以大力发展糖苷类表面活性剂，这种表面活性剂不仅能够拥有易被生物降解的特性，还拥有很少的刺激性的特点，我们可以在食品添加剂中使用，而且使用这种表面活性剂还能够降低我们的工业的成本，对我们的身体也存在着好处，所以未来的表面活性剂的发展前景是非常好的。

表面活性剂的作用

　　表面活性剂具有特殊的两亲结构，必然会表现出不同于一般化学物质的作用和性质。一般情况下，较低浓度时，表面活性剂分子或离子倾向于首先在界面上发生富集，即发生界面吸附，表现出降低界面张力等一系列作用;随着表面活性剂浓度的增大，表面活性剂在疏溶剂作用的驱动下，逐渐在体相中发生聚集，形成一定状态和大小的分子有序组合体。表面活性剂在界面和体相中的行为特点决定了其独特和丰富的作用性能。

　　1、吸附作用

　　吸附作用是表面活性剂的Z基本性质，在气/液、液/液、固/液等界面均可发生，为表面活性剂在众多领域中的应用打下基础。

　　在溶液表面和液/液界面上，表面活性剂分子或离子的亲水基朝向水、疏水基朝向空气或非极性溶剂，定向排列形成一层单分子吸附膜。该吸附膜取代了原来界面上的分子组成，这是表面活性剂能够降低界面张力的根本原因。

　　根据Gibbs吸附公式，可以计算出吸附量和平均分子占有面积，进一步由此推算出吸附层中分子的状态。在固/液界面，表面活性剂的吸附情况较为复杂，根据固体表面的性质及表面活性剂的特点不同，有不同的吸附机制，如离子吸附机制、离子对吸附等。

　　表面活性剂的吸附作用在生产生活中的实际应用十分广泛，如在纺织、印染、食品、皮革、涂料、造纸、农药、医药、选矿、石油开采、金属加工、感光材料、饲料以及肥料等众多领域中都有重要的应用。

　　2、增溶作用

　　在溶剂中完全不溶或者微溶的物质，借助于添加表面活性剂而得到溶解，并成为热力学上稳定的、各向同性的溶液，这种现象称为增溶作用。

　　增溶作用是建立在表面活性剂胶束等分子有序组合体的基础上发挥的。以胶束为例，表面活性剂胶束从内核到水相提供了完整的非极性环境到极性环境的过渡，因此不同极性的物质都可以选择合适的微环境而存身其中。增溶物可以增溶在胶束内核、栅栏层、极性基之间或吸附在胶束表面。

　　表面活性剂对有机物的增溶使得表面活性剂在化妆品、医药、染料、环保领域等具有广泛的应用，如上文提及的胶束强化超滤技术[27]就是利用表面活性剂增溶作用的一项技术。

　　利用表面活性剂的增溶作用，吸附于土壤颗粒上的有机物可以从土壤上大量解吸并溶解于表面活性剂胶束内，使得溶解度显著增加，从而达到将有机污染物从土壤中洗脱出来，实现土壤修复的目的;对于不溶于水的药物，可以将其增溶在表面活性剂胶束中，从而保护药物并提高药物的稳定性、增强药物的吸收效果。

　　3、乳化作用

　　乳化作用是指在一定条件下使互不相溶的2种液体形成具有一定稳定性的液/液分散体系的作用。不相混溶的2种液体形成的乳状液有极大的相界面积，是热力学不稳定体系，具有自动聚结和分层的趋势。因此，需要加入能够降低界面张力的乳化剂使乳状液可以形成并相对稳定存在。绝大多数乳化剂是表面活性剂。

　　表面活性剂在界面上形成的界面膜具有一定的机械强度，可以抗衡液滴碰撞带来的冲击，保持乳状液分散相液滴的稳定性。因此，作为乳化剂使用的表面活性剂除了能降低界面张力外，还需紧密排列形成致密的吸附膜。另外，离子型表面活性剂可以使分散相液滴表面带电，互相排斥，增强乳状液的稳定性。

　　常用表面活性剂的HLB值作为选择乳化剂的标准。一般表面活性剂的HLB值为3～6易于形成W/O型乳状液，8～16易于形成O/W型乳状液。

　　乳状液在日常生活与工农业生产中有广泛的应用，如在化妆品、食品、医药、农药、石油等领域。在这些产品及其生产过程中，表面活性剂的乳化作用必不可少。比如，化妆品中乳化剂目前主要用于膏霜乳液类、水剂类和LX型化妆品中;食品乳状液是乳化剂Z重要的应用领域。牛奶、蛋黄酱是O/W型乳状液，人造奶油是W/O型乳状液。

　　4、润湿作用

　　润湿是指固体表面吸附的气体被水或水溶液等液体所取代，即原来的气/固界面消失，形成新的固/液界面。润湿过程的实质是界面性质和界面能量的变化过程，表面自由能降低时可以自发进行，即由自由能较低的固/液界面替代原有自由能较高的气/固界面。

　　表面活性剂可以在液体和固体表面进行吸附，具有降低表面自由能和表(界)面张力的能力，因而表现出促进润湿过程发生的能力。润湿作用是表面活性剂Z基本的性质之一，在多个领域具有广泛的应用。

　　根据杨氏方程，其他条件不变的情况下，固体表面能(γ_sg)越大、液体表面能(γ_lg)越小，接触角θ越小，润湿作用越容易发生。在液体中加入少量表面活性剂，一方面表面活性剂在低能固体表面形成定向吸附层，疏水基朝向固体表面，亲水基朝外，改变了固体表面的性质，即使γ_sg升高;另一方面表面活性剂降低了液体的表面张力，即降低了γ_lg。因此，在表面活性剂的作用下，固体表面更容易被润湿，甚至低能固体表面也可被润湿。

　　在纺织工业、农药的生产和使用、煤炭工业等领域中，表面活性剂的润湿作用发挥了关键的作用。在纺织工业中，棉、毛、丝、麻等织物的煮练、漂白、洗涤、染色、印花、退浆等工序都离不开表面活性剂的润湿作用;在农药的生产和使用过程中需要加入表面活性剂作润湿剂，降低植物或虫体表面与溶液间的界面张力和接触角，使其铺展性提高，增加农药在表面的滞留量和滞留时间，从而提高农药的生物活性，减少农药的用量和对环境的污染。

　　5、泡沫作用

　　泡沫是气体分散于液体的分散体系，热力学上不稳定。气体分散在液体中后，体系的气/液界面积大大增加。因此需要加入表面活性剂降低界面张力，使得泡沫得以形成并能稳定存在。有时又需要加入某些表面活性剂YZ泡沫的形成或降低泡沫的稳定性。

　　泡沫作用是表面活性剂的主要作用之一，包括起泡、稳泡、消泡和抑泡作用，广泛应用于化妆品和洗涤剂的生产、矿物的泡沫浮选、消防上的泡沫灭火、石油开采及化学工业中泡沫塑料的生产和造纸领域中。

　　矿石泡沫浮选是利用泡沫，把矿石中需要的成分与泥砂、黏土等物分离，使有用矿物富集的过程。将矿石粉碎成细粉后，与表面活性剂水溶液混合后搅拌并注入空气，产生气泡，所需要的矿物粒子将会粘附于气泡上而浮于矿浆表面便于收集。常见的泡沫灭火器是利用表面活性剂的起泡性能，产生大量泡沫覆盖燃烧物体表面，扑灭火灾。纺织品在加工过程中，需要用到各种染料和助剂，振荡或者搅拌时容易产生泡沫。泡沫的存在，会在织物上形成点、色斑和色泽不匀的现象，严重影响产品品质。因此，常加入消泡剂来消除泡沫产生的不利影响。

　　6、洗涤作用

　　在洗涤过程中，洗涤剂、污垢、物体表面(污垢载体)之间发生一系列复杂的物理、化学作用，如润湿、渗透、吸附、乳化、分散、增溶、起泡等作用，并借助于机械力，使污垢从物体表面脱落下来，悬浮、溶于洗涤剂介质中而被除去。

　　表面活性剂作为洗涤剂的有效成分，在洗涤过程中主要起2个方面的作用：一是降低水的表面张力，改善水对洗涤物表面的润湿性;二是增强污垢的分散和悬浮能力。

　　实际上，表面活性剂的洗涤性能囊括了表面活性剂的润湿性、乳化性、分散性、增溶性、发泡性等几乎全部基本特性。可以说，洗涤性能是表面活性剂多种性能的综合表现。表面活性剂的洗涤作用是表面活性剂具有Z大实际用途的基本特性。

表面活性剂有哪些

　　表面活性剂是在极低浓度下就能显著地降低溶剂表面张力的一类物质。它的种类非常多，分类方式也是多种多样，一般地，表面活性剂都按照其溶于水后是否能够离解出离子和其溶于水时离解离子所带电性来分类的。如按安全性来分类的话就还有天然性和生物性Z健康的两大类表面活性剂。其分类具体介绍如下：

　　1、阴离子的表面活性剂

　　阴离子表面活性剂溶于水时，能解离出发挥表面活性部分的带负电集团，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，去污能力强。

　　2、阳离子表面活性剂

　　阳离子表面活性剂是疏水基通过共价键与带正电荷的亲水基相连的表面活性剂，它的反离子通常是无表面活性的简单负离子。

　　3、两性离子表面活性剂

　　两性表面活性剂是指在同一分子结构中有可能同时存在被桥链(碳氢链、碳氟链等)连接的一个或多个正、负电荷ZX(或偶极ZX)的表面活性剂。由于其可以得到电子也可以失去电子的性质，所以与其他类型的表面活性剂兼容性就相对比较好，这也是它区分于其他表面活性剂的一大特点。

　　两性表面活性剂优异的溶解特点是来源于它分子结构中具有水溶解度极好的亲水基团，以及它本身拥有的两偶极ZX也是两性表面活性剂在水溶剂中溶解度优异的原因之一。除了上述的特点它还具有良好的生物降解性，也具有极强的耐硬水性和耐高浓度电解质性，通常与前面介绍的两种活性剂搭配使用。

　　4、非离子表面活性剂

　　非离子表面活性剂具有优异的润湿和洗涤功能，有一定的耐硬水能力又可与其它离子型表面活性剂共同使用，是净洗剂、乳化剂配方中不可或缺的成分。

　　5、天然表面活性剂

　　主要是以大自然中的各种特殊植物为原料载体，然后从中提取相关的物质来作为原材料的一类表面活性剂，所以它的出现解决了传统种类生产过程中的多种弊端，如：能源消耗、生态污染、表面活性剂的安全性不可控等。

　　促使天然表面活性剂诞生的因素不仅只有能源等问题也依赖于当时生物性技术、油脂分离技术、植物品种的改良技术、增产技术等多种高端技术的快速发展与应用，以及新抗氧化剂的研发和天然油脂的易腐败等问题的解决。

　　6、生物表面活性剂

　　生物表面活性剂与化学合成的表面活性剂相似，生物表面活性剂也是一种两亲分子，具有非极性的疏水基团和极性的亲水基团，其特点有：

　　①生产工艺简便，常温、常压下即可发生反应，生成设备要求不高;

　　②生产原料来源广阔且价廉，可以从工业废料和农副产品中获得。

　　而且它具有一些其它表面活性剂不具备的特殊优点，即其产品不具有致毒的性质，对生态自然、人体都是零危害，它不仅不会对环境破坏相反还可以对环境进行净化以及对一些废物重新加工后再运用，所以从上诉情况来看生物表面活性剂克服了其它表面活性剂缺陷并将它们的优点更好的集中体现了出来。

表面活性剂应用领域

　　1、食品工业

　　在食品工业中，表面活性剂主要作为食品添加剂或加工助剂，用于提高食品质量、开发食品新品种、延长食品贮藏保鲜期、改进生产工艺、提高生产效率等。

　　表面活性剂作为食品添加剂，主要用作乳化剂、增稠剂、润湿剂、稳定剂、消泡剂、发泡剂、分散剂等;作为加工助剂，主要是为了改进生产工艺，减少加工过程中的不良影响，常用作消泡剂、糖助剂、杀菌剂、润滑抗黏剂、脱模剂、清洗剂、保鲜剂等。

　　2、石油工业

　　在采油过程中，表面活性剂可以提高原油采收率、油品质量和生产效率。另外，表面活性剂在设备防护、降低运输成本和环境污染等方面也起着重要作用。因此，表面活性剂作为油田化学品广泛应用于石油工业各个环节中。

　　①在钻井液中，表面活性剂不仅可以提高钻井液的润滑性、润湿性、乳化稳定性、分散性和渗透性，还可以提高钻井液的抗温和抗污染能力，缓解水锁效应，降低高温高压滤失量等;

　　②在采油过程中，表面活性剂可以用作驱油剂、堵水剂等，如磺酸盐、羧酸盐、双子表面活性剂和生物表面活性剂等常用作三次采油的驱油剂，黏弹性表面活性剂体系可以用来作为堵水剂;

　　③采油结束后的油气运输过程中，需要将油井生产的原油和伴生气收集起来，经过初步处理后输送出去，这个过程中表面活性剂主要作为原油破乳剂和降凝降黏剂使用。

　　3、洗涤剂

　　(1)家用洗涤剂

　　家用洗涤剂主要包括衣物洗涤剂、家居清洁用品和个人洗护用品3大类。基于吸附作用，表面活性剂在家用洗涤剂中表现出润湿、乳化、增溶等功效。

　　各种洗涤剂中使用Z多的是阴离子表面活性剂，如直链烷基苯磺酸盐(LAS)、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸盐(AES)、α-磺基脂肪酸酯盐(MES)、脂肪醇醚羧酸盐(AEC)等。

　　非离子表面活性剂具有较高的表面活性，其水溶液的表面张力低，具有良好的乳化力和去污力，在使用量上仅次于阴离子表面活性剂。常用于洗涤剂中的非离子表面活性剂有脂肪醇聚氧乙烯醚(AEO)、烷基糖苷(APG)和脂肪酸烷醇酰胺(FAA)等。

　　因为固体表面一般带负电，阳离子表面活性剂在固体表面上能反向排列形成疏水性表面，非常不利于洗涤，因此阳离子表面活性剂一般不用于洗涤剂，而主要用作后处理剂、柔软平滑剂等。

　　两性表面活性剂具有温和性、去污性以及能够调节体系黏度的特性，因而被广泛应用于个人护理品中。常用的两性表面活性剂主要有氨基酸型、甜菜碱型及咪唑啉型。

　　(2)工业及公共设施清洗剂

　　此领域包括通用型清洗剂、地板护理及地毯清洗剂、杀菌和消毒清洗剂、衣用和餐具清洗剂、硬表面清洗剂以及其他一些应用领域的清洗剂。表面活性剂在此类清洗剂中所起的作用与家用洗涤剂类似，主要通过吸附在基底和污垢的表面，从而表现出润湿、乳化、增溶等功效。

　　在金属制品的制作和使用过程中，一些微小的颗粒、油污等易于粘附在金属表面，给后续加工带来麻烦，因此需要清洗，包括酸洗和碱洗2种。酸洗时，为了避免金属被酸液腐蚀，需要加入表面活性剂扮演缓蚀剂的角色;碱洗是指以强碱性的化学药剂作为清洗剂来疏松、乳化和分散金属设备内污垢的一类清洗方法。添加表面活性剂，有利于润湿油脂与分散污垢，增强碱洗效果。

　　洗瓶剂可制成液体状、膏状或粉状产品，专门用于工业生产线各类食品容器的洗涤，如啤酒瓶、饮料瓶、罐头瓶等多种玻璃容器，要求所用表面活性剂安全无毒、去污力强且杀菌效果好。

　　4、环境保护

　　环境污染是时下一个非常严峻的问题，表面活性剂因为具备特殊的界面性质，在环境污染治理中也有所应用。

　　在污水处理过程中，表面活性剂可以作絮凝剂和阻垢分散剂;利用表面活性剂的胶束强化超滤，可以除去污水中大部分金属离子和有机污染物;在湿法烟气脱硫剂中添加表面活性剂，可以降低溶液的表面张力、改善润湿性，大幅度地提高脱硫效率;表面活性剂还可以通过增溶作用修复被有机物污染的土壤。

　　5、化妆品

　　化妆品由基质和辅料组成，基质是指具有主要功能的物质，如油脂、蜡、粉类、胶质类、溶剂类(水、醇、酯等);而辅料则为赋予化妆品成型、稳定或色香等的物质。

　　表面活性剂是辅料中Z重要的物质，在化妆品中扮演不可替代的角色。由于化妆品直接跟人体接触，对化妆品用表面活性剂的要求高于洗涤用品等领域，如较高的安全性、低刺激性、具有一定的功能、满足特定的卫生指标等。

　　表面活性剂在化妆品中主要起乳化、增溶、分散、发泡、洗净、润湿等作用。

　　①乳状液是化妆品Z常见的剂型，需要表面活性剂扮演乳化剂的角色制备稳定的乳状液并使②化妆品成分均匀涂抹在皮肤上;

　　③对于一些无法直接溶解在水中的成分则需要通过表面活性剂的增溶作用添加在化妆品中;

　　④一些美容功能的颜料则需要在表面活性剂的分散作用下使用和发挥效果;

　　⑤清洁用的化妆品中，表面活性剂主要起发泡和洗净作用;

　　⑥表面活性剂的润湿作用赋予了化妆品补水保湿和舒适性的特点。

　　6、医药和农药

　　表面活性剂是药剂中的重要助剂，用于片剂、胶囊、软膏、膜剂、气雾剂、栓剂、注射剂等各种剂型，作为乳化剂、润湿剂、增溶剂、渗透剂和助溶剂等，对提高药品性能和质量起到了至关重要的作用。

　　在药物合成过程中，有时要在非均相中进行，因此需要用相转移催化剂。常用作相转移催化剂的有季铵盐型和PEG型表面活性剂。另外，在药物分析过程中，表面活性剂起增溶、增敏作用，可以提高检测灵敏度。

　　农药对农作物的杀虫除草、病害FZ、调节生长起着重要作用，但大部分农药原药因难溶于水而无法直接加水喷雾或以其他方式均匀分散，而农药有效成分只有与有害生物或被保护对象接触并被摄取或吸收后才能发挥作用，所以必须采用表面活性剂将农药原药配制成各种不同的制剂后才可使用，并使其发挥出Z大效力。

　　表面活性剂大大降低了溶液的表面张力，增强了药剂在植物或害虫体表的润湿、铺展以及附着力，大大提高了农药的药效，减少了农药的用量，并对农药剂型的稳定性产生重要影响。表面活性剂在乳油、可湿性粉剂、悬浮剂、水乳剂和微乳剂等多种农药剂型中均有应用。