第三章　表面活性剂

第一节　导言

一、表面活性剂的定义及用途

在溶剂中加入很少量即能显著降低溶剂表面张力，改变体系界面状态的物质叫表面活性剂。表面活性剂可以产生润湿或反润湿，乳化或破乳，分散或凝集，起泡或消泡，增溶等一系列作用。

表面活性剂是精细化工的重要产品，素有“工业味精”之称。主要在纺织、印染、石油、造纸、皮革、食品、化纤、农业、冶金、矿业、建筑、医药、机械、洗涤剂、涂料、塑料、橡胶、化妆品等行业中广泛用作洗净剂、乳化剂、渗透剂、破乳剂、分散剂、杀菌剂、润湿剂、浸透剂、平滑柔软剂、抗静电剂、抑制剂、防锈剂、防结块剂、防水剂、防雾剂、脱皮剂、增溶剂等。

二、表面活性剂的结构

表面活性剂分子结构具有不对称、极性的特点，分子中同时具有两种不同性质的基团——亲水基和亲油基。亲水基有羧基、磺酸基、硫酸酯基、醚基、氨基、羟基等；亲油基又称疏水基或憎水基，它们是由长链烃组成的。表面活性剂通常用符号表示如下：

三、表面活性剂的分类

表面活性剂的品种多达数千种，分类方法各异。表面活性剂一般按亲水基团的结构来分类。通常分为离子型和非离子型两大类。表面活性剂溶于水时，凡能电离产生离子的叫离子型表面活性剂；凡不能电离生成离子的叫非离子型表面活性剂。离子型表面活性剂在水中电离，生成带正电荷或带负电荷的亲水基，前者称为阳离子表面活性剂，后者称为阴离子表面活性剂。在一个分子中同时存在阳离子基团和阴离子基团的称为两性表面活性剂。非离子型表面活性剂在水中不电离，呈电中性。

另外，还有一些特殊类型的表面活性剂。

①氟表面活性剂。主要是指碳氢链憎水基上的氢完全为氟原子所取代的表面活性剂。氟表面活性剂具有一系列独特的界面活性，广泛地用于各种润滑剂、浸蚀剂、添加剂及表面处理剂中。

②硅表面活性剂。以硅氧烷链为憎水基，聚氧乙烯链、羧基、酮基或其他极性基团为亲水基构成的表面活性剂称为硅表面活性剂。硅氧烷链的憎水性非常大，所以不长的硅氧烷链表面活性剂就具有良好的表面活性。硅表面活性剂具有良好的润湿和乳化性能，可用于纤维和织物的防水、平滑整理与处理，也常用于化妆品生产。

③氨基酸系表面活性剂。氨基酸与憎水物质发生反应，生成的表面活性物质称为氨基酸系表面活性剂，广泛用于化妆品和卫生用品的生产中。

④高分子表面活性剂。相对分子质量在数千以上并具有表面活性的物质称为高分子表面活性剂。高分子表面活性剂有天然、合成和半合成三类，广泛应用于各领域。

⑤生物表面活性剂。微生物在一定条件下，可将某些特定物质转化为具有表面活性的代谢产物，即生物表面活性剂。由于它具有无毒和生物降解性能好等特性，故在一些特殊的工业领域和环境保护方面受到重视，有可能成为化学合成表面活性剂的替代品或升级换代产品。表面活性剂的分类如表3-1所示。

四、表面活性剂工业的现状及发展趋势

表面活性剂工业是在第二次世界大战期间因制皂的油脂十分匮乏而得到发展的，战后很快形成了独立的工业体系。近年来，其品种、质量、产量都得到了迅速发展。全球表面活性剂消费量逐年增长，2000年1050万吨、2001年1120万吨、2002年1220万吨、2003年1420万吨。

目前全世界表面活性剂品种超过2万个而且仍在快速增加，年总产量约为1700万吨，年市场销售额约为400亿美元，应用市场规模超万亿美元，近五年来的年增长率约为3％。

近年来我国表面活性剂工业发展迅速，其产量逐年增加。目前已形成了8000余个品种，160万吨的产业规模，成为了精细化工领域的重要组成部分。目前我国应用比较多的表面活性剂有：阴离子表面活性剂（以直链烷基苯磺酸钠LAS为主）占总量的70％；非离子表面活性剂占总量的20％；其他占10％。我国表面活性剂的应用领域主要集中于洗涤用品行业，其用量占表面活性剂需求的50％以上。从2008年到2014年，我国合成洗涤剂产量从598万吨增长至1228万吨，复合增速超过10％。见表3-2。

表面活性剂产品品种多，应用范围广，未来我国将着重系统开发安全、温和、易生物降解、具有特殊作用的表面活性剂，研究其结构效能关系，为新型产品的开发和应用提供理论基础；利用糖苷有多个游离羟基，类似多元醇，可开发各种脂肪酸多元醇酯类和糖苷醚类表面活性剂的特点，重点开发糖苷类表面活性剂；系统研究开发大豆磷脂类表面活性剂，磷脂既有表面活性，又有生物活性，是特种表面活性剂，其应用领域已延伸到食品、医药、化妆品和多种工业助剂；开发蔗糖脂肪酸酯系列产品，蔗糖脂肪酸酯是以8个羟基蔗糖为亲水基，以置换了蔗糖羟基的脂肪酸部分为憎水基的非离子表面活性剂，是通过蔗糖与脂肪酸酯交换反应形成的，除单酯外，某种条件下可生成二酯和三酯。蔗糖脂肪酸酯可作食品添加剂（乳化剂），具有无毒、无臭、无刺激性、易生物降解等优点，其洗净力不大，但有W/O型乳化、增溶、起泡等多种性能，并且有抑制淀粉沉降和油脂结晶转变的作用。

对现有产品的生产工艺进行改造，提高工业安全性，如传统的搅拌乙氧基化反应器经常爆炸，产品质量较差，很有必要进行技术改造。研究表面活性剂在工业催化方面的应用，重点对酯化、磺化、烷基化、硝化反应专用的新型、高效、环境友好的催化剂进行开发研究，以降低工业生产成本。

随着国民经济的增长和产业升级，我国表面活性剂工业的发展也将顺应环境保护和资源节约的要求。采用天然可再生资源如植物油为原料生产的天然油脂基表面活性剂，将得到大力发展。可以预计，我国多品种绿色表面活性剂将逐步实现工业化生产。另外，因为生物表面活性剂具有结构更多样、表面活性/乳化能力更强、可生物降解、无毒或低毒等优势，随着科研的深入和新产品的不断问世，我国生物表面活性剂行业会在未来得到快速发展，并在石油、医药、化妆品、食品、农业和环境保护等方面得到广泛应用。