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表面活性劑

  • 產品名稱:表面活性劑
  • CAS:
  • 別名:表面活性劑TERIC168;表面活性劑
  • 英文名:SURFACTANT
    • 產品特性表面活性劑是一種吸附或分配在氣-液、液-液、液-固界面上,能顯著改變其界面性質的物質。表面活性劑的分子中既有親水性原子基團,又有疏水性原子基團,從而在稀溶液中能改變界面能,在水溶液中能使表面張力降低。例如,水在20℃的表面張力為7.32×10-4N/m,若加入0.1%的聚氧乙烯月桂醚,其表面張力降為2.4×10-4~2.6×10-4N/m。
      表面活性劑最早是由肥皂開始的,其后作為紡織工業方面的染色助劑、精煉劑、整理劑得到發展。隨著工業的進步,特別是由于防止公害和節能要求的日益迫切,表面活性劑已由過去的主要單純是紡織助劑發展到節能、防止公害、醫藥品、化妝品、食品、船舶、建筑、采礦、塑料、橡膠、石油開采、造紙、家庭用洗滌劑等領域,成為工農業生產、尖端科學技術和人民生活不可缺少的重要組成部分。在這些領域中,一般作為分散劑、乳化劑、絮凝劑、起泡劑、消泡劑、抗靜電劑、滲透劑、增溶劑等,其品種達數千種。
      表面活性劑分子中的疏水基與親水基的組合方式極多,故表面活性劑的種類也多種多樣。疏水基最常用者為12~18個碳原子的烴類。因親水基對表面活性劑的性質有極其顯著的影響,故常按親水基對表面活性劑進行分類。因此,表面活性劑可分為離子型和非離子型兩大類。在其溶解于水時,凡能電離生成離子的表面活性劑稱離子型表面活性劑;凡不能電離、不能生成離子的表面活性劑稱非離子型表面活性劑。離子型表面活性劑又可按生成的親水基離子的種類分為陰離子型、陽離子型和兩性型表面活性劑。凡親水基顯示陰離子性的表面活性劑稱為陰離子型表面活性劑;親水基顯示陽離子性的稱陽離子表面活性劑;于同一分子中既有陽性親水基、又有陰性親水基,在介質的某種pH范圍內具有兩性離子結構的表面活性劑,稱兩性表面活性劑;非離子型表面活性劑不具有在水溶液中離解的化學基,在水中不離解為離子,親水性部分多為含氧的原子團,通常為聚氧乙烯鏈或羥基。此外,還有一些特殊結構的活性劑,如含氟表面活性劑和含硅表面活性劑等。
    • 分類在表面活性劑科學中廣泛采用的是按照它的化學結構分類。首先是按親水基的類型,即電性質分為離子型和非離子型。離子型又分為陽離子型、陰離子型和兩性型。此外還有近年來發展較快的、即有離子型親水基、又有非離子型親水基的混合型表面活性劑。
      1、陰離子表面活性劑的性能和價格都比較適宜,因此它的產量至今仍相當大。陰離子表面活性劑包括一般的肥皂(高級脂肪酸的金屬鹽)、硫酸鹽、磺酸鹽和磷酸酯鹽等類型。
      2、陽離子表面活性劑主要是由氮原子組成的陽離子,工業上所用的幾乎全為胺(銨)鹽,分胺鹽型和季銨鹽型兩大類,包括伯胺鹽、仲胺鹽和叔胺鹽,總稱之為胺鹽類;季銨鹽型與前者相比,無論制法和性質都不相同,故另成一個類型。
      3、兩性表面活性劑主要有羧酸鹽型和磺酸鹽型。羧酸鹽型還可分為氨基羧酸型和甜菜堿型兩種。
      4、非離子型表面活性劑性能好,用途多,在數量上是僅次于陰離子型表面活性劑而被大量使用的品種。非離子型表面活性劑分聚乙二醇型和多元醇型兩類。
      5、混合型表面活性劑分子中帶有兩種親水基團,一個帶電,一個不帶電。最常用的是醇醚硫酸鹽R(C2H4O)nSO4Na及醇醚羧酸鹽R(C2H4O)nCH2COONa。
      常用表面活性劑的分類、結構和應用圖1為常用表面活性劑的分類、結構和應用。
    • 陰離子表面活性劑離子型表面活性劑之一。溶解在水中時可電離,具有表面活性的部分顯示出憎水性的陰離子作用。典型的陰離子表面活性劑有肥皂、烷基苯磺酸鹽、烷基磺酸酯鹽、烷基磺酸鹽、烷基硫酸鹽、含氟脂肪酸鹽、聚硅氧烷、脂肪醇硫酸鹽、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸酯、α-烯基磺酸鹽、脂肪醇聚氧乙烯醚磷酸酯、烷基醇酰胺、烷基磺酸基乙酰胺、烷基琥珀酸酯磺酸鹽、醇胺烷基苯磺酸鹽、環烷酸鹽、烷基酚磺酸酯、聚氧乙烯單月桂酸酯等。陰離子表面活性劑通常在低溫下難溶,若溶液濃度繼續增加,將達到某一極限值,而后析出水合性的活性劑。若提高水的溫度,則在某一溫度下,由于膠束溶解,而使溶解度迅速增加,這時的溫度稱為突變點。這一特性是離子型表面活性劑所特有。陰離子型表面活性劑的親水基種類有限,但憎水基的種類繁多。重要的親水基原料有羧酸、磺酸酯、磺酸、磷酸酯等;憎水基原料有動植物油脂及其水解產物,如脂肪酸、高級醇及以石油化工為原料的合成醇、烷基苯、α-烯烴等,動植物油中有椰子油、蓖麻油、棉籽油、棕櫚油、抹香鯨油、牛油和魚油等,再者天然加工品的松香酸、環烷酸等使用的也不少。陰離子表面活性劑的滲透、潤濕、乳化、分散、增溶、發泡、去污、防靜電、平滑等作用均很好。
      用途:在工業上得到廣泛應用。在日用化工中用于各種洗滌劑;在化妝品方面用于洗發香波、浴液、各類膏霜、牙膏等的發泡劑、分散劑和乳化劑;在食品方面用作乳化劑、消泡劑、分散劑、防腐劑、增溶劑、增稠劑、蛋白穩定劑等; 飼料乳化劑、分散劑、穩定劑;醫藥方面用作乳化劑、增稠劑、防腐劑、抗氧化劑等;在紡織業中作為油劑、染色助劑、漂染劑、柔軟加工劑;在農藥方面用作乳化劑、噴灑劑、分散劑;在公路及城市道路建設中用作瀝青乳化劑,例如妥爾油磺酸鹽;土建方面用作水泥減水劑;油田開發中用作乳化劑、驅油劑、潤滑劑、固砂劑、堵水劑、破乳劑、緩蝕劑、降阻劑、降失水劑等;在石油產品中用作乳化劑、燃料添加劑;在高分子行業中,作為乳化聚合時的乳化劑、防靜電劑;金屬清洗劑;礦山浮選劑;廢水處理劑;電鍍液中的光亮劑、分散劑、點蝕防止劑,可加到鍍銅液和鍍鎳液中;其他如涂料、油墨、運輸、拆船等行業均有應用。
    • 非離子表面活性劑非離子表面活性劑在水中不離解成離子狀態,其表面活性是由中性分子體現的。非離子表面活性劑由德國IG公司在30年代初首先投入生產。非離子表面活性劑的親油基是由含有活潑氫的化合物如高碳醇、烷基酚、脂肪酸、脂肪胺等提供的,親水基是由極性鍵如醚鍵、游離羥基、酯鍵組成。
      在非離子表面活性劑中,聚乙二醇型非離子表面活性劑的獨特性質,是它的水溶液在慢慢加熱至一定溫度時,成為乳白色的乳液,超過此溫度,水溶液仍不變成透明。這種表面活性劑水溶液開始變成乳白色的溫度稱為濁點。HLB越大,濁點越高。也就是說,親水性越大,濁點越高。因此,濁點是表示聚乙二醇型表面活性劑的親水性的重要指標。如果在大幅度超過濁點的溫度下使用聚乙二醇型表面活性劑,則不能發揮這種表面活性劑所具有的性能,因此,必須十分注意使用溫度。
      非離子表面活性劑,特別是聚乙二醇型非離子表面活性劑,可以任意選擇HLB,在廣闊的pH范圍內,穩定性良好。因此,除大量用作洗滌劑外,在許多工???上可作為乳化劑、滲透劑、消泡劑、增溶劑等使用。多元醇型非離子表面活性劑的毒性較小,乳化力好,較多地用于食品工業,這是它的特點。
    • 特種表面活性劑特種表面活性劑是按親油基的結構分類的,如以碳氟鏈為親油基的稱為氟碳表面活性劑,以聚硅氧烷為親油基的稱為硅表面活性劑,其他還有硼表面活性劑等。由于它們有一些獨特的性能,因而在某些領域得到專門的應用,隨著合成技術的提高,其應用領域將會逐漸廣泛。
      碳氟型表面活性劑,因為是用穩定的全氟烴基作疏水基,故同烴基相比,降低表面張力的能力大。一般的表面活性劑水溶液的表面張力降低限度為0.025N/m (25dyn/ cm),而碳氟型表面活性劑則可達到 0.015N/m (15dyn/cm)左右,是已知的表面活性劑中降低表面張力最大的。碳氟型表面活性劑是石油類火災有效的泡沫滅火劑,并可用作金屬電鍍液的添加劑、防水防油劑等。但由于價格貴、產量不大。碳氟型表面活性劑的一般制法有:電解氟化法、調聚反應法、齊聚法,都可制成陰離子型、陽離子型和非離子型產品。
      硅氧烷型表面活性劑和含鈦、錫等有機金屬表面活性劑,是在分子中含有硅(Si)、鈦 (Ti)、錫 (Sn) 等的表面活性劑。這些表面活性劑的開發時間不久。硅氧烷型表面活性劑是在50至60年代發現的,現在還在研究新化合物的合成、物性以及應用。
    • 兩性表面活性劑在同一分子中兼具陰離子、陽離子和非離子型的親水基,或在水中離解成陰離子和陽離子兩種親水基離子并起作用者,稱為兩性表面活性劑。但通常指后者,即同時帶陰離子和陽離子親水基的表面活性劑。從實用上說,通常采用的陽離子部分為胺鹽或季銨鹽型親水基,陰離子部分為羧酸鹽、磺酸鹽、磷酸鹽型親水基,特別是同一分子中兼含氨基和羧基的氨基酸型兩性表面活性劑,或者由季銨基和羧基構成分子內鹽的內銨鹽型兩性表面活性劑。
      兩性表面活性劑有兩種類型,其一是對pH 值比較敏感,另一種是在所有pH范圍都不敏感,前者的水溶液因pH不同解離程度各異,呈堿性時顯陰離子表面活性劑性質,呈酸性時顯陽離子表面活性劑性質,呈中性時顯非離子型表面活性劑性質。陽離子型和陰離子型的平衡點稱為等電點,氨基酸型兩性表面活性劑在等電點時生成沉淀。與其相比,內銨鹽型兩性表面活性劑在等電點時,仍具有較好的溶解度。其他如羥基咪唑啉型和N-烷基甜菜堿型等在酸性時是陽離子特性。又如在香波中使用的磺酸基甜菜堿和磷酸基甜菜堿兩性表面活性劑,在所有pH值下,呈陰離子性。蛋黃中的卵磷脂[1]為磷脂型兩性表面活性劑,是食品工業中可以使用的唯一的離子性表面活性劑。[1]基本不溶于水,具有優良的油乳化性能。一般說,兩性表面活性劑毒性低,具有抗菌性,耐硬水性優良,與各種表面活性劑有良好的相容性。因此,可作為安全性高的洗發用起泡劑、纖維洗滌劑、殺菌劑等。例如烷基(二氨基乙基)甘氨酸和二(烷基氨基乙基)甘氨酸是可以作為殺菌劑用氨基酸型兩性表面活性劑,又如季銨化脂肪酰胺甘氨酸,其性能溫和,幾乎無刺激性,可用于嬰兒香波中。月桂基咪唑鎓內銨鹽[2]是洗發粉用的起泡劑。椰子酰胺丙基甜菜堿是一種兩性表面活性劑,可用于溫和香波和皮膚清潔劑。一般來說,很少單獨使用兩性表面活性劑,它們大多與脂肪醇硫酸鹽復配使用,以改善溶解性,減少刺激性,增大粘度,增大泡沫穩定性。兩性表面活性劑也可用作合成纖維的抗靜電劑、金屬防銹劑等。因為成本較高,使其用途受到一定限制。
      兩性表面活性劑卵磷脂和月桂基咪唑鎓內銨鹽的結構式
      圖2為兩性表面活性劑卵磷脂和月桂基咪唑鎓內銨鹽的結構式。
    • 主要用途表面活性劑是在20世紀40年代隨石油化工的發展,與塑料、合成橡膠和合成纖維同時興起的一類新型化工產品。其作用是能明顯降低水與其他物質的兩相間界面張力,產生潤濕或反潤濕、乳化或破乳、起泡或消泡以及加溶等作用。
      表面活性劑在工農業生產及日常生活中有廣泛用途。在方鉛礦的浮選中,浮選劑中的表面活性劑(如黃原酸鈉)在方鉛礦表面被吸附,生成黃原酸鉛。酸基與固體表面的金屬結合,烴基尾巴朝外排列,使方鉛礦潤濕性降低,附在氣泡上浮起達到與脈面分離而富集的目的。它也是膠片生產的重要助劑,在生產感光膠片時加入這類助劑會改善乳劑的潤濕及鋪展性能,使照相乳劑以一定的速度和厚度均勻涂在片基上。它又是乳化劑的主要成分,在界面發生吸附,形成界面膜,保護分散相液珠,使碰撞時不聚集分層,因而得到穩定的乳化液。常見的有乳化農藥、乳化瀝青、高速切削潤滑液和乳化炸藥等。在日常生活中,洗衣粉是最常見的表面活性劑。利用其親油基團使衣物上的油污逐漸卷縮成油珠,離開物品表面,進而被分散、懸浮于介質中,經沖洗后除去。在農業上將含有表面活性劑的葉肥施在作物的葉上,具有肥效快、成本低及增產效果顯著等特點,已廣泛應用于茶葉、西瓜和葡萄等作物。由于作物葉面上有一層蠟狀物,水滴不易鋪展,加入這種葉肥后水珠在葉面上迅速鋪展,使水中的養分被作物吸收。兩相界面無處不有,凡有界面的地方都能用表面活性劑改變其界面性能,因此還能應用于紡織、制藥、化妝品、食品、造船、土建、采礦以及民用洗滌等各行業,是許多工業部門必要的化學助劑,用量雖小,收效甚大。
    • 化學性質 本品為淡黃色液體。有臭味。相對密度1.09。溶于水。對酸堿均穩定。具有較強的去污、滲透及發泡性能。
    • 用途 本品用作洗滌劑、潤濕劑、起泡劑,油類增溶劑。亦可用作橡膠、紡織、印染、皮革、造紙、建筑瀝青等工業的乳化劑。
    • 用途 用作乳化劑、起泡穩泡劑、增稠劑、清洗添加劑等
    • 生產方法 水-光磺氧化法 本制備方法包括:正構烷烴的磺氧化,磺氧化產物的分離、中和,從中和產物中汽提原料油等工藝。
      二氧化硫和氧由磺氧化反應器底部的氣體分布器進入,使其很好的頒在由正構烷烴和水組成的液相中,控制反應溫度在40℃以下。液體物料在反應器中的停留時間為6~7min。反應物料從反應器底部進入分離器,分出的油相返回反應器。分出的磺酸液經氣體分離器脫險二氧化硫后進入蒸發器,分出硫酸相(下)、磺酸相(上)打入中和釜,用50%的氫氧化鈉中和。即得產品。
      投料比:正構烷烴:二氧化硫=1︰(1.08~1.10)
      液相(質量比):烷烴︰水=1︰1
      氣相(體積比):二氧化硫︰空氣=2.5︰1
      氣流空速=3.5~5.5 L/h·cm2


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