表面活性剂的作用-表面活性剂的种类及作用

表面活性剂的基本性质有润湿和渗透性、乳化和破乳性、分散性、增溶性、发泡和消泡性、洗涤性。

表面活性剂的派生性质有：柔软性、抗静电性、杀菌性和防腐性。

1.表面活性剂的润湿和渗透性

广义地说，润湿作用是一种流体从基质表面把另一种流体取代的过程。

润湿过程大致可以分成三类：铺展润湿、粘附润湿和浸入润湿。这三种润湿可以分别在不同的实际过程中出现，也可以同时在一个过程中出现。

应用表面活性剂能很好地改变润湿状况，表面活性剂能降低界面的能力，使水能较好地湿润固体或液体表面。实际中可用润湿速度（时间）来评价表面活性剂的润湿性。

2.表面活性剂的起泡和消泡性

3. 表面活性剂的乳化和破乳作用

表面活性剂的乳化作用是表面活性剂应用最为广泛的性质之一。例如在化妆品、食品、纺织、造纸、金属的切削液、油漆、农药、医药等方面，乳化剂都起着重要的作用。各种类型的表面活性剂都可以作为乳化剂来使用，但非离子表面活性剂和阴离子表面活性剂应用得比较多。

乳化作用是指两种互不相溶的液体形成乳状液的过程。乳状液是指一种不溶解或溶解度很小的液体，以一定大小的液滴分散存在于第二种液体中，形成具有明显稳定的悬浊液。对两种互不相溶的液体，如果仅通过机械搅拌的方法总是不能形成稳定的乳状液的。要形成明显稳定的乳状液，必须加入第三组分，这第三组分就是表面活性剂，一般称其为乳化剂。

4.表面活性剂的分散作用

5.表面活性剂的增溶作用

表面活性剂在水溶液中形成胶束后具有使不溶于水的有机物的溶解度显著增大的能力，且此时溶液呈透明状，胶束的这种作用称为增溶。能产生增溶作用的表面活性剂叫做增溶剂，被增溶的有机物称为被增溶物。如果在已增溶的液体中继续加入被增溶物，达到一定量后，溶液透明状变为乳浊状，这种乳液即为乳状液，在此乳状液中再加入表面活性剂，溶液又变得透明无色。虽然这种变化是连续的，但乳化和增溶本质上是不同的。增溶作用可使被增溶物的化学势显著降低，使体系变得更稳定，即增溶在热力学上是稳定的，只要外界条件不变，体系不随时间变化。而乳化在热力学上是不稳定的。

6.表面活性剂的洗涤作用

洗涤作用可定义为，从浸在某种介质（一般为水）中的固体表面除去污垢的过程。在此过程中，借助于洗涤剂以减弱污垢与固体表面之粘附作用，并施以外力（包括机械搅拌或人工洗），使污垢与固体表面分离而悬浮于介质中，最后将污垢洗净、冲走。洗涤剂在洗涤过程中的作用，一是除去物品表面的油污，二是将油污分散、悬浮，使之不易在物品表面上再沉积。洗涤作用首先是洗涤液润湿被洗物表面，否则，发挥不了洗涤液的洗涤作用。水在天然纤维（棉、毛等）上的润湿性较好，在人造纤维上较差，表面活性剂能够降低水的表面张力，使其接触角减小，因而，纤维的润湿在洗涤剂作用下比较容易实现。其次是，洗涤液把污垢润湿后，再把污垢顶替下来。液体油污原来是以铺展开的油膜存在于物体表面，在洗涤液湿润的条件下，逐渐卷缩成油珠，最后被冲洗以至离开表面。固体油污靠的是洗涤剂，特别是优质的洗涤剂，具有较低的表面张力与界面张力，对固体表面有较好的润湿能力，能顶替油污，使油污卷缩成油珠而乳化，分散在洗液中，有利于洗涤。另外，油污可加溶于表面活性剂的胶束中，从而油污不可能再沉积，大大提高了洗涤效果。然而，这种加溶去污的机理，只有在洗涤剂集中于某一局部（衣物上撒上洗衣粉搓洗）的情况下，才能实现。其次，表面活性剂吸附在污垢与洗涤物的界面上，使界面各种性质均发生变化，如表面张力降低，利于分散形成乳状液，同时，界面吸附形成具有较大强度的界面膜使乳状液更稳定，不易沉积于洗涤物表面。非离子表面活性剂吸附后，成为质点表面的水化保护层，稳定性增高，非离子表面活性剂除油污能力比阴离子表面活性剂强，而阳离子表面活性剂总是以其疏水基朝向水中的方式被吸附，故其洗涤作用最差。在同系物中，表面活性剂碳氢链越长，洗涤性越好，表面活性剂的乳化与起泡作用对于洗涤也是有利的，表面活性剂的乳化作用，形成稳定的乳状液，油污质点被悬浮起来不易沉淀在衣物表面。表面活性剂形成泡沫有助于带走尘土污垢，很多经验发现泡沫与洗涤有直接关系。总之，洗涤剂的洗涤作用是综合发挥了表面活性剂的润湿、吸附、乳化、分散、悬浮、起泡、加溶、降低表面张力等功能，才显示出洗涤的良好效果。如果洗涤剂使污垢与被污染物品表面分离能力差，而且分散、悬浮污垢的能力也不佳，则洗涤过程客不能很好的完成。

表面活性剂(surfactant)是指具有固定的亲水亲油基团，在溶液的表面能定向排列，并能使表面张力显著下降的物质。 2.组成：分子结构具有两亲性 非极性烃链： 8个碳原子以上烃链 极性基团：羧酸、磺酸、硫酸、氨基或胺基及其盐，也可是羟基、酰胺基、醚键等。 3.吸附性： 溶液中的正吸附：增加润湿性、乳化性、起泡性 固体表面的吸附：非极性固体表面单层吸附， 极性固体表面可发生多层吸附 [编辑本段]表面活性剂的分类 表面活性剂的分类方法很多， 根据疏水基结构进行分类，分直链、支链、芳香链、含氟长链等； 根据亲水基进行分类，分为羧酸盐、硫酸盐、季铵盐、PEO衍生物、内酯等； 有些研究者根据其分子构成的离子性分成离子型、非离子型等，还有根据其水溶性、化学结构特征、原料来源等各种分类方法。但是众多分类方法都有其局限性，很难将表面活性剂合适定位，并在概念内涵上不发生重叠。 按极性基团的解离性质分类 1、阴离子表面活性剂 ：硬脂酸，十二烷基苯磺酸钠 2、阳离子表面活性剂：季铵化物 3、两性离子表面活性剂：卵磷脂，氨基酸型，甜菜碱型 4、非离子表面活性剂： 脂肪酸甘油酯，脂肪酸山梨坦（司盘），聚山梨酯（吐温） 阴离子表面活性剂 1、肥皂类 系高级脂肪酸的盐，通式: (RCOOˉ)n M。脂肪酸烃R一般为11~17个碳的长链，常见有硬脂酸、油酸、月桂酸。根据M代表的物质不同，又可分为碱金属皂、碱土金属皂和有机胺皂。它们均有良好的乳化性能和分散油的能力。但易被破坏，碱金属皂还可被钙、镁盐破坏，电解质亦可使之盐析 。 碱金属皂：O/W 碱土金属皂：W/O 有机胺皂：三乙醇胺皂 2、硫酸化物 RO-SO3-M 主要是硫酸化油和高级脂肪醇硫酸酯类。脂肪烃链R在12~18个碳之间。 硫酸化油的代表是硫酸化蓖麻油，俗称土耳其红油。 高级脂肪醇硫酸酯类有十二烷基硫酸钠（SDS、月桂醇硫酸钠） 乳化性很强，且较稳定，较耐酸和钙、镁盐。在药剂学上可与一些高分子阳离子药物产生沉淀，对粘膜有一定刺激性，用作外用软膏的乳化剂，也用于片剂等固体制剂的润湿或增溶。 3、磺酸化物 R-SO3 - M 属于这类的有脂肪族磺酸化物、烷基芳基磺酸化物和烷基萘磺酸化物。它们的水溶性和耐酸耐钙、镁盐性比硫酸化物稍差，但在酸性溶液中不易水解。 常用品种有：二辛基琥珀酸磺酸钠（阿洛索-OT），十二烷基苯磺酸钠，甘胆酸钠 阳离子表面活性剂 该类表面活性剂起作用的部分是阳离子，因此称为阳性皂。其分子结构主要部分是一个五价氮原子，所以也称为季铵化合物。其特点是水溶性大，在酸性与碱性溶液中较稳定，具有良好的表面活性作用和杀菌作用。 常用品种有苯扎氯铵(洁尔灭)和苯扎溴铵(新洁尔灭)等。 两性离子表面活性剂 这类表面活性剂的分子结构中同时具有正、负电荷基团，在不同pH值介质中可表现出阳离子或阴离子表面活性剂的性质。 1、卵磷脂：是制备注射用乳剂及脂质微粒制剂的主要辅料 2、氨基酸型和甜菜碱型： 氨基酸型：R-NH+2-CH2CH2COO－ 甜菜碱型：R-N+(CH3)2-COO—。 在碱性水溶液中呈阴离子表面活性剂的性质，具有很好的起泡、去污作用；在酸性溶液中则呈阳离子表面活性剂的性质，具有很强的杀菌能力。 非离子表面活性剂 1.脂肪酸甘油酯： 单硬脂酸甘油酯； HLB为3~4，主要用作W/O型乳剂辅助乳化剂。 2.多元醇 蔗糖酯：HLB（5~13）O/W乳化剂、分散剂 脂肪酸山梨坦（Span） ：W/O乳化剂 聚山梨酯（Tween） ： O/W乳化剂 3.聚氧乙烯型：Myrij(长链脂肪酸酯）;Brij （脂肪醇酯） 4.聚氧乙烯-聚氧丙烯共聚物： Poloxamer 能耐受热压灭菌和低温冰冻,静脉乳剂的乳化剂 [编辑本段]表面活性剂的基本性质 1.临界胶束浓度（CMC）：表面活性剂分子缔合形成胶束的最低浓度。当其浓度高于CMC值时，表面活性剂的排列成球状、棒状、束状、层状/板状等结构。 2.亲水亲油平衡值（HLB）：表面活性剂分子中亲水和亲油基团对油或水的综合亲合力。根据经验，将表面活性剂的HLB值范围限定在0-40，非离子型的HLB值在0-20。 混合加和性：HLB=（HLBa Wa+HLBb /Wb） / （Wa+Wb） 理论计算：HLB=∑（亲水基团HLB值）+∑（亲油基团HLB）-7 表面活性剂的基本性质 3、增溶作用 1）胶束增溶：水不溶性、微溶性药物在胶束溶液中溶解度显著增加 非洛地平-----0.025%吐温-----10倍 （表）亲水基团---亲油基团， （药）极性基团---非极性基团 cmc，“表”的量，胶束，增溶量，最大增溶浓度（MAC） [编辑本段]表面活性剂的应用 1.增溶：C>CMC （ HLB13~18） 增溶体系为热力学平衡体系 CMC越低、缔合数越大，增溶量（MAC）就越高 温度对增溶的影响：温度影响胶束的形成，影响增溶质的溶解，影响表面活性剂的溶解度 Krafft点：离子型表面活性剂的溶解度随温度增加而急剧增大这一温度称为Krafft点， Krafft点越高，其临界胶束浓度越小 昙点：对于聚氧乙烯型非离子表面活性剂，温度升高到一定程度时，溶解度急剧下降并析出，溶液出现混浊，这一现象称为起昙，此温度称为昙点。在聚氧乙烯链相同时，碳氢链越长，浊点越低；在碳氢链相同时，聚氧乙烯链越长则浊点越高。 2.乳化： HLB：3-8 W /O型乳化剂：Tween；一价皂 HLB：8-16 O/W型乳化剂：Span；二价皂 3.润湿：（HLB：7-9） 4.助悬： 5.起炮和消泡 6.消毒、杀菌 7.去污剂 [编辑本段]表面活性剂的结构 传统观念上认为，表面活性剂是一类即使在很低浓度时也能显著降低表（界）面张力的物质。随着对表面活性剂研究的深入，目前一般认为只要在较低浓度下能显著改变表（界）面性质或与此相关、由此派生的性质的物质，都可以划归表面活性剂范畴。 无论何种表面活性剂，其分子结构均由两部分构成。分子的一端为非极亲油的疏水基，有时也称为亲油基；分子的另一端为极性亲水的亲水基，有时也称为疏油基或形象地称为亲水头。两类结构与性能截然相反的分子碎片或基团分处于同一分子的两端并以化学键相连接，形成了一种不对称的、极性的结构，因而赋予了该类特殊分子既亲水、又亲油，便又不是整体亲水或亲油的特性。表面活性剂的这种特有结构通常称之为“双亲结构”（amphiphilic structure），表面活性剂分子因而也常被称作“双亲分子”。 根据所需要的性质和具体应用场合不同，有时要求表面活性剂具有不同的亲水亲油结构和相对密度。通过变换亲水基或亲油基种类、所占份额及在分子结构中的位置，可以达到所需亲水亲油平衡的目的。经过多年研究和生产，已派生出许多表面活性剂种类，每一种类又包含众多品种，给识别和挑选某个具体品种带来困难。因此，必须对成千上万种表面活性剂作一科学分类，才有利于进一步研究和生产新品种，并为筛选、应用表面活性剂提供便利。 [编辑本段]表面活性剂的历史发展 表面活性剂和合成洗涤剂形成一门工业得追溯到本世纪30年代，以石油化工原料衍生的合成表面活性剂和洗涤剂打破了肥皂一统天下的局面。经过60余年的发展，1995年世界洗涤剂总产量达到4300万吨，其中肥皂900万吨。据专家预测，全世界人口从2000年到2050年将翻一番，洗涤剂总量将从5000万吨增加到12000万吨，净增1.4培，这是一个令人鼓舞的数字。 中国的表面活性剂和合成洗涤剂工业起始于50年代，尽管起步较晚，但发展较快。1995年洗涤用品总量已达到310万吨，仅次于美国，排名世界第二位。其中合成洗涤剂的生产量从1980年的40万吨上升到1995年的230万吨，净增4.7倍，并以年平均增长率大于10%的速度增长。据中国权威部门预测，2000年洗涤用品总量将达到360万吨，其中合成洗涤剂将达到65.5万吨。其中产量超万吨的表面活性剂品种计有：直链烷基苯磺酸钠（LAS）、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠（AES）、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸铵（AESA）、月桂醇硫酸钠（K12或SDS）、壬基酚聚氧乙烯（10）醚（TX-10）、平平加O、二乙醇酰胺（6501）硬脂酸甘油单酯、木质素磺酸盐、重烷基苯磺酸盐、烷基磺酸盐（石油磺酸盐）、扩散剂NNO、扩散剂MF、烷基聚醚（PO-EO共聚物）、脂肪醇聚氧乙烯（3）醚（AEO-3）等。 表面活性剂的化学结构与性能的关系 1．亲疏平衡值与性能之间的关系 H·L·B值：表示表面活性剂的亲水疏水性能 （Hydrophile-Lipophile Balance） 表面活性剂要呈现特有的界面活性，必须使疏水基和亲水基之间有一定的平衡。 石蜡HLB值=0（无亲水基） 聚乙二醇HLB值=20（完全亲水） 对阴离子表面活性剂，可通过乳化标准油来确定HLB值。 HLB值 15~18 13~15 8~8 7~9 3.5~6 1.5~3 用途 增溶剂 洗涤剂 油/水型乳化剂 润湿剂 水/油乳化剂 消泡剂 HLB值可作为选用表面活性剂的参考依据。 3． 疏水基种类与性能 疏水基按应用分四种 （1） 脂肪烃： （2） 芳烃： （3） 混合烃： （4） 带有弱亲水性基 （5） 其他：全氟烃基 疏水性大小：（5）>（1）>（3）>（2）>（4） 3．亲水基的位置与性能 末端：净洗作用强，润湿性差；中间：相反。 4．分子量与性能 HLB值、亲水基、疏水基相同，分子量小，润湿作用好，去污力差； 分子量大，润湿作用差，去污力好。 5．浊点 对非离子表面活性剂来说，亲水性取决于醚键的多少，醚与水分子的结合是放热反应。 当温度↑，水分子逐渐脱离醚建，而出现混浊现象，刚刚出现混浊时的温度称浊点。此时表面活性剂失去作用。浊点越高，使用的温度范围广。

（二）表面活性种类：

1、离子型表面活性剂：

（1）阴离子型：在水中产生阴离子，与水中阳离子结合，

（2）阳离子型：在水中产生阳离子，与水中阴离子结合，因价格贵，使用的较少。

阴离子型主要有以下几类：

（1）羧酸盐类（即碱金属皂类）：通式：R－COONa（K），生产方法：动物油＋NaOH（KOH）皂化而成，如钠肥皂，在原药制剂中可加入0.1－0.2％。

优点：增加药效。

缺点：不抗硬水，分子中的K、Na可与硬水中的Ca、Mg离子发生交换。

（2）松脂皂：是环烃类脂肪酸钠盐。

生产：松香在碱性中熬制而成，碱性较强，不能与原药混用，可在果园中防越冬害虫时使用，如介壳虫。

优点：碱性可溶解介壳虫体壁上的蜡质；在液态农药上作湿展剂使用，用量0.1－0.3％；配制矿物乳油中作乳化剂。缺点：耗碱量大，不抗菌硬水。

（3）硫酸化脂肪酸类：通式：R－OSO3Na，如硫酸化蓖麻子油（土耳其红油）。生产：蓖麻油＋浓硫酸在20℃下反应，脱水，最后用Na中和PH值（PH＝4.5－6.0为宜）。与上两种相比：

优点：pH可根据需要调节；抗硬水能力强；可作乳化剂使用。

（4）磺酸盐类：通式：R-SO3Na（Ca）

主要有两类：①拉开粉

国外常用的乳化剂，国内属于仿造。优点：能溶于水，对酸、碱、硬水均稳定，展着性强，也可作湿展剂使用，用量：0.1－0.2％。

缺点：不抗硬水，分子中的K、Na可与硬水中的Ca、Mg离子发生交换。

②十二烷基苯磺酸钙（钠）

可作乳化剂作用，pH为中性，不仅有良好的表面活性，且还有杀螨作用；脂溶性和水溶性都强，不能单独作乳化剂使用，主要与非离子乳化剂混合使用。

2、非离子型表面活性剂：

在水中不产生离子，极性基为聚氧乙基【RO（CH2CH2O）nH】，极性基为聚氧乙基。

生产方法：环氧乙烷+高级醇（烷基酚，脂肪酸）加成反应而成。

通式：环氧乙烷+高级醇：R- 称聚氧乙基烷基苯基醚

环氧乙烷+烷基酚：R-O（CH2CH2O）nH 称聚氧乙基烷基醚

环氧乙烷+脂肪酸：ROO（CH2CH2O）nH 称聚氧乙基脂肪酸醚酯

非离子型表面活性剂，在水中不产生离子，那么它进入水中，是如何表现亲水作用的？因为在无水状态下，分子呈锯齿型，在水溶液中，分子呈曲折型：

曲折型的分子使亲水性较强的醚键朝外，疏水的乙烯基朝内，水分子可通过氢键与聚氧乙基的醚基相联结，因氧的电负性很大，可以吸收水中的氢离子形成氢键，虽然氢键很弱，但许多氢键连成一束，亲水性就增强了。

非离子型表面活性剂加入水中后,多余的表面活性剂分子以胶束状存在,依表面活性种类不同,胶束的形状各有不同:

其优点：①pH为中性，可与任何酸碱性农药混用；②水中不产生离子，无离子交换作用，抗硬水能力更强；③有良好的乳化、湿展和分散性能。可用于各种农药乳油的加工。

3、混合性表面活性剂：生产上常用的是阴离子＋非离子型混合。阴离子主要是十二烷基苯磺酸钙。

单一的乳化剂在配制乳油时,对农药的原药和有机溶剂有适应性的选择,即乳化剂的有机性和无机性与农药的有机性和无机性的相称。

水溶性和酯溶性的相称，也称亲水亲油平衡值，简称HLB值。比值大，水溶性强，比值小，油溶性强。

生产实际中，有机合成的农药水溶性弱，有机性强，或者是水溶性强有机性弱，但农药使用上要求有机性强，水溶性也要强。但合成的农药根体达不到这个要求，只能用乳化剂进行调整。

非离子表面活性剂的特点是：水溶性强，有机性弱；

十二烷基苯磺酸钙的特点是：水溶性弱，有机性强。

任何一个单一的乳化剂都满足不了农药使用上的要求，只有把非离子型和十二烷基苯磺酸钙混合使用，才能满足农药使用上有机性强和水溶性强的需求。因此，混合型乳化剂比单一乳化剂对农药和溶剂的适应性广。

4、天然表面活性剂：

（1）含有大量皂素的化合物：皂素化合物经水解可得到糖苷和糖类衍生物，可作为湿展剂使用，用来加工固体农药，如WP。如北方的皂角含皂素10%，南方的茶枯（油茶树果实炸油后的残渣）含皂素13%，西南还有无患子果，含皂素24.4%。

（2）纸浆废液：造纸工业的废液，含有大量木质素类的衍生物（木质素磺酸钙，五碳糖和六碳糖），可加工WP作湿展剂使用，加工矿物乳油作分散剂使用。

（3）动物废料的水解物：屠宰厂遗弃的皮、毛、骨、角等动物的废弃物，经加热后的胶状液体，易溶于水，碱性强，硬水中稳定。

天然表面活性剂，除具有表面活性剂作用外，还有粘着作用，可造成幼小虫体气孔堵塞，窒息死亡。