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1、【精品文档】如有侵权，请联系网站删除，仅供学习与交流表面活性剂在洗涤中的应用及发展.精品文档.表面活性剂在洗涤中的应用及发展摘要:表面活性剂是一类具有两亲结构的物质，大部分能溶于水，产生润湿、乳化、渗透、发泡、去污等作用。在工业、农业、医药、环境治理及日常生活中都有广泛应用，被誉为“工业味精”。本文简要总结了表面活性剂在厨房、衣物洗涤等领域使用现状，并对表面活性剂的发展趋势进行了阐述。关键字:表面活性剂；洗涤；应用；发展1前言表面活性剂是一类能显著降低溶剂表面张力的物质1。它改变体系的界面状态，从而产生乳化、发泡、润湿、增溶等作用，以达到实际应用的要求。表面活性剂易附集于界面、并对界面性质和相
2、关工艺过程产生明显影响。从历史发展来看，表面活性剂源于洗涤剂，随着表面活性剂的发展和整体工业水平的提高，表面活性剂已从日常生活中的个人保护用品和家用洗涤用品进入国民经济的各个领域如能源工业、环境工程、新型材料、电子、冶金、机械、农业等。它是一种“功能”型化工材料，能有效地改进相关行业工艺、改进产品质量、提高效率、改善环境、节约能源等。并被誉为“工业味精”2。2表面活性剂分类按表面活性剂的用途可分为乳化剂、润湿剂、发泡剂、分散剂、凝聚剂、去污剂、破乳剂、抗静电剂等。按表面活性剂在水中是否离解，可分为离子型表面活性剂和非离子型表面活性剂。离子型表面活性剂根据溶解后的活性成分又可分为阳离子型阴离子型
3、和两性离子型3，其具体分类如图1。图1 表面活性剂分类Fig.1 Classification of surfactant3表面活性剂在洗涤中的应用表面活性剂在生活及工业中应用十分广泛。它在污垢与固体表面之间发生一系列的物理化学作用（如：润湿、渗透、乳化、增溶、分散、起泡等）。并借助于机械搅拌获得洗涤效果。表面活性剂是洗涤剂配方中的主要组分，它的分子结构包括长链疏水基团（非极性的碳氢链）和亲水性的离子基团或极性基团（如羧酸基磺酸基 硫酸基磷酸基 铵盐 季铵盐 氧乙烯等）两部分4。其主要产品有洗衣粉、液体洗涤剂、餐具洗涤剂以及各种家庭清洗用品。以下简单介绍表面活性剂的五种作用。（1） 乳化作用：
4、油脂在水中表面张力大，当水与油脂混合后，使用机械搅拌，油脂被粉碎成细珠状，互相混合成乳浊液。搅拌停止后混合液重新分层。在油水混合物中加入表面活性剂后，搅拌溶液，停止后很长时间内仍不易分层，这就是表面活性剂的乳化作用。（2）润湿作用：机械零件表面通常粘附有一层油脂类物质，油脂类物质属于疏水性的。因此，零件表面不易被水润湿，当水溶液中加入表面活性剂时，零件上的水珠就很容易分散开来，使零件的表面张力大大降低，达到润湿目的。（3）增溶作用：表面活性剂在水溶液中形成胶束后具有能使油类物质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。（4）分散作用：灰尘和污粒等固体粒子比较容易聚集在
5、一起，在水中容易发生沉降，表面活性剂能使灰尘等固体粒子分割成细小的微粒，避免其发生沉降，让其分散悬浮在溶液中，起到促使固体粒子均匀分散的作用。（5）泡沫作用：表面活性剂的发生定向吸附作用，使气液两相间的表面张力降低。产生丰富的泡沫。通常低分子表面活性剂容易发泡，高分子活性剂泡沫少。在生产实际中，由于清洗的具体对象和使用要求的不同，使得用表面活性剂的性能有所差异。以下分别简单介绍在厨房清洁以及衣物洗涤中表面活性剂的应用。3.1厨房清洁用表面活性剂厨房污垢主要由高级脂肪酸甘油酯构成，表面活性剂与油污接触时，主要作用为表面活性剂的乳化作用。油脂的疏水性基团被活性剂的亲水基团所包围，形成定向的吸引力，
6、降低了油在水中分散所需要的功，使油脂与水混合成乳浊液，长时间不易分层，油脂得到很好的乳化，容易被去除。常用的表面活性剂有以下几种，其去除油污的能力如表1。表1 各类表面活性剂去污能力Table1. Various types of surfactant decontamination capability表面活性剂去污能力(%)十二烷基硫酸钠（SDS）37.1直链烷基苯磺酸盐（ LAS）38.8脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸盐（ AES）42.3脂肪醇聚氧乙烯醚（ AEO）44.5烷基酚聚氧乙烯醚的复合物（OP-10）43.2由表1可以看出，非离子表面活性剂AEO的去污能力最强，在阴离子表面活性剂中，A
7、ES的去污能力较好，分析其原因，非离子表面活性剂的表面张力低，油污易发生增溶、乳化作用而被除去。AES的聚氧乙烯链有利于极性油污的增溶。它抗硬水性好，在硬水中去污力强，泡沫稳定，在低温液洗中有较高的稳定性和良好的皮肤相容性1。使之去油污能力优于其他阴离子表面活性剂。低温下，单一的表面活性剂往往不能得到良好的厨房清洗效果，因此常通过多种表面活性剂复配以提高低温去污能力5。在配制厨房油污清洗剂时，通常以LAS为主要试剂，加入一定的AES。但是，多种表面活性剂混用不一定能带来理想的效果，有时，混用表面活性剂会对洗涤剂的去油污能力产生负效应。3.2衣物洗涤中用表面活性剂洗涤剂中最主要的组分是表面活性剂
8、，它是通过降低水的表面张力来提高润湿衣物的能力，在洗涤过程中主要用来疏松并去除污垢，将污垢乳化、溶剂化或使其悬浮在水中，达到去除污渍的目的。洗涤产品中最常用的表面活性剂是烷基苯磺酸钠6。它属于阴离子表面活性剂，是市场上各种品牌的洗衣粉的主要成分。它对硬水较稳定，具有较强的去污能力和较好泡沫性质，溶解度良好7。因其性能优异，而且工艺成熟，价格较低，再生产中得到广泛应用。侯五爱等6人对市场上雕牌、超能、奇强、汰渍、碧浪这五种品牌洗衣粉的去污能力做了研究。研究表明，碧浪和超能这两个品牌的洗衣粉中表面活性剂含量比较高，去油污的能力比较强。并得出结论，洗衣粉中表面活性剂含量适度高些，去污效果就越好。4
9、展望化学合成的表面活性剂都是以石油为原料化学合成而来8。在生产和使用过程中常常会给人类生存环境带来严重的污染, 对人类的身体健康产生很大威胁9。如烷基苯磺酸（ABS ）的生物降解性差，在洗涤剂中大量使用，所产生的大量泡沫造成了城市下水道及河流泡沫泛滥10，使用含有磷酸盐的表面活性剂使河流湖泊水质产生富营养化11。随着资源的紧缺及人类环保意识的加强，未来的表面活性剂将朝绿色环保的方向前进。表面活性剂的发展将围绕不断改进技术，扩展应用范围，完善其作用机理，减少其带来的二次污染展开。此外，后510年洗涤剂的全球性发展趋势是低温、节水洗涤12。低温下，要求洗涤剂能保持良好的溶解度和分散性，且具有良好的
10、洗涤能力。在未来的发展中，需要更多新型性能优良、生物降解性高、使用安全的表面活性剂出现。同时给人们的生活及工业生产注入活力。参考文献:1刘伦,刘浪浪,刘军海.生物表面活性剂应用概述及其发展前景J.化工技术与开发,2009, 38(9):31-35.2李明强,崔丹.绿色表面活性剂的现状及研究进展.科技创新导报,2008,(18):1-3.3李文安.绿色表面活性剂的应用及研究进展J.安徽农业科学,2007,35(19):5691-5692.4姬学亮.洗涤剂和化妆品生产技术M.北京:科学出版社,2006,3-4.5闫菡,郑利强.低温洗涤用表面活性剂的研究J.中国洗涤用品工业,2011,(1):82-
11、84.6侯五爱,郭毓琪,刘伟.常用洗衣粉中表面活性剂含量及去污能力的测定J.山西大同大学学报.2011.27(5):41-42.7阎佳,杨军. 表面活性剂在家用洗涤剂中的应用J.河北化工.2009,32(8):17-18.8刘程,米裕民.表面活性剂性质理论与应用M.北京:化学工业出版社,2003.45-52.9王雁,安秋凤.表面活性剂的安全性问题J.日用化学品科学, 2008,23(1): 28-31.10张高勇，王军.表面活性剂的绿色化学进展(上)M.太原:中国日用化学工业研究院，2011:1-5.11刘俊莉,马建中,鲍艳,胡静.绿色表面活性剂的研究进展J.日用化学品科学，2009,32(1
12、0):22-26. 12刘俊莉,马建中,鲍艳.绿色表面活性剂的应用及研究进展J.皮革科学与工程，2010，20(3):34-38.表面活性剂在洗涤剂中的应用研究进展华安庆（华侨大学材料学院应用化学系 0814131013）摘要 】表面活性剂是具有表面活性的物质，能改变物质的表面张力。表面活性剂的分子都是由亲水基和疏水基构成，大部分能溶于水，产生润湿、乳化、渗透、发泡、去污等作用。家用合成洗涤剂所用的表面活性剂主要要有去污能力，同时还考虑乳化、发泡等各项性能的综合效应。在目前的洗涤剂中仍大量使用阴离子表面活性剂，非离子表面活性剂的用量正在日益增加，阳离子表面活性剂则被大量用于洗涤后处理，两性离子
13、表面活性剂使用量较少。随着洗涤剂越来越专用化，表面活性剂的品种数量也在飞速发展。阐述了洗涤剂的主要成分一一表面活性剂的用途与发展情况，介绍了几种新型绿色表面活性剂的特点及应用，最后讨论了其发展趋势和应用前景。【关键词表面活性剂：绿色表面活性剂；性能；洗涤剂：应用表面 活 性 剂在工业生产和人类日常生活中的应用越来越广，并占有特殊而重要的地位，被称作为“工业味精，在洗涤剂中加人一定量的表面活性剂溶剂可以增强洗涤剂的溶解性和洗涤性，但由于这些溶剂具有一定的毒性，会对皮肤产生明显的刺激作用。大量使用表面活性剂还会对生态系统产生潜在的危害。近年来，为了解决日益严重的环境污染问题，绿色化学从化学学科中脱
14、颖而出，成为当前化学学科研究的热点和前沿。表面活性剂的绿色化学是绿色化学的重要内容之一，绿色表面活性剂是近几年洗涤剂工业中的又一个新亮点。烷基多苷以其低刺激性、高泡沫性、良好的配伍性和环境友好性，在洗涤用品中有着美好的应用前景；新一代表面活性剂Gemini的出现，以其优良的钙皂分散性、低cmc、水溶助长性及生物安全性，倍受人们青睐；多功能表面活性剂，兼具表面活性剂和螯合功能物质ED3A、单烷基二苯醚磺酸盐(MADS)和双烷基苯醚磺酸盐(DADS)具有优良的去污力，等显现出广阔的应用前景。1 表面活性剂的研究进展1.1 应用与发展概况 传统产品由于其成本效能的优势仍然起主导作用，今后的发展趋势是
15、继续开发传统产品的优越性，同时特效表面活性剂的发展以及表面活性剂的绿色化将受到重视。根据“中国化工信息网”报道，未来最值得关注的重点表面活性剂产品有：烷基多苷与葡糖酰胺；醇(酰胺)醚羟基酸盐。目前阴离子表面活性剂仍是应用得最广泛的表面活性剂，预计在未来的表面活性剂消费中，AS、AE、MES、APG和AGA的增长率最高。洗涤用表面活性剂主要有直链烷基苯磺酸(LAS)、脂肪醇硫酸盐(AS或FAS)、脂肪醇聚氧乙烯醚(AE)、壬基酚聚氧乙烯醚(NPE)、仲烷基磺酸盐(SAS)、a一烯基磺酸盐(AoS)、甲酯磺酸盐(MES)和烷基多糖苷(APG)等。 随着“绿色化学”的呼声越来越高，将油基从来自石油产
16、品改为来自天然油脂已成为研究的一大趋势。近年来，以天然油脂为主要原料的表面活性剂的产量出现增长趋势。1.2 绿色表面活性剂的分类和性能 绿色 表 面 活性剂是指由天然或再生资源加工的，对人体刺激性小和易于生物降解的表面活性剂。绿色表面活性剂按其在水中是否离解，可分为非离子型绿色表面活性剂和离子型绿色表面活性剂。离子型绿色表面活性剂根据溶解后的活性成分又可分为阳离子型、阴离子型和两性离子型。1.3 几种新开发的绿色表面活性剂1.3.1 烷基糖苷(APG) APG是一种由葡萄糖的半缩醛羟基与脂肪醇羟基在酸催化作用下脱去一分子水得到的一种苷化合物。由于糖分子有多个羟基，所得产品是由单苷、二苷和三苷等
17、组成的混合物，通式为RO(G)n，式中，R为长链烷基，G为糖单元，n为每个烷基结合的平均糖单元数，平均聚合度为以DP表示，通常在1220。 APG的特性如下：原料主要来自天然可再生的植物性资源，如淀粉、脂肪、醇等无毒、安全、完全生物降解，与人体相容性好；与一般非离子表面活性剂不同，不含乙氧基；发泡、润湿等表面活性与阴离子表面活性剂相似。 APG的衍生物中最重要的仍然是阴离子表面活性剂，它们既改进了原有产品的性能，又产生了具有多功能的新产品，价格也进一步地降低了。例如，常用的磺基琥珀酸单醇醚二钠盐泡沫虽丰富，但稳定性差。若用APG代替醇醚所得的磺基琥珀单APG酯二钠既有好的水溶性，又有良好的发泡
18、力及泡沫稳定性。1.3.2 0MSSOMSS是油酸单乙醇酰胺磺基琥珀酸酯盐的英文缩写。一般以油脂(天然)为起始原料，经过酰胺化、酯化、磺化等反应获得。化、酯化、磺化等反应获得。磺基琥珀酸酯类表面活性剂不仅本身刺激性低，与其他表面活性剂复配还能降低别的表面活性剂的刺激性。由于OMSS无毒、无刺激性、易降解并具有较好的表面活性7，以OMSS配制的洗涤剂不仅具有较好的清洗功能，而且不损伤皮肤、不影响健康、不损害环境，特别适宜配制与皮肤接触的洗涤剂。1.3.3 聚乙烯吡咯烷酮(PVP)作为一种新型高分子表面活性剂，PVP具有优良的溶解性、生物相容性、低毒性、成膜性及高分子表面活性、胶体保护能力和与许多
19、化合物的复合能力。PVP用在皂类中中可提高块皂的黏结强度，在卫生皂中PVP可与杀菌剂形成配合物，从而降底对皮肤刺激性。在用于液体洗涤剂时，能防止串色并能抗再沉积防止合成洗涤剂对皮肤的刺激性。在加酶洗衣剂中使用的PVP，既作为助剂又作为黏结剂和稳定剂，可防止潮湿和过碳酸钠对酶的破坏。2、洗涤剂用表面活性剂发展史烷基硫酸盐作为成功最早的一种表面活性剂于2O世纪3O年代被宝洁公司开始用在各种家用洗涤剂和洗发香波中，但如今，这类表面活性剂只限于作为润湿剂用在纺织工业中。2O世纪4O年代，出现了最早的合成表面活性剂 支链烷基苯磺酸盐，它是第一个在洗涤剂中被广泛使用的表面活性剂，但是人们在当时并没有认识到
20、它对未来环境的影响。5O年代到6O年代初，表面活性剂进一步发展，新型表面活性剂继续商品化，烷基酚聚氧乙烯醚、酰胺、季铵化合物、氧化胺都成为洗涤类产品的主要成分。 2O世纪6O年代，常用表面活性剂又发生了一个巨大的变化，即直链烷基苯及其磺酸盐的引入。与支链烷基苯磺酸盐相比，直链烷基苯磺酸盐具有更好的生物降解性。同一时期，脂肪醇聚氧乙烯醚也开始商业化，其优良的耐硬水性促使着人们又开发了它的硫酸化衍生物 醇醚硫酸酯。2O世纪7O年代，8O年代，成功的产品是特种表面活性剂的出现，如聚胺和甜菜碱。8O年代后期和9O年代，烷基多苷和甲酯磺酸盐的商品化增加了从“可再生”原料中获取表面活性剂的选择。进入21世
21、纪，随着人们环保意识的日益加强，绿色表面活性剂成为洗涤业表面活性剂的主流，烷基多苷、双子表面活性剂、ADPODS以及具有螯合性能的表面活性剂 ED3A和N一酰基ED3A，丙烯酸丙烯酰胺共聚物的阳离子型衍生物等成为洗涤剂工业中最有应用前景的表面活性剂。2 洗涤剂用表面活性剂发展趋势 从洗涤剂对表面活性剂的要求来看，表面活性剂的研究和生产正在向绿色化和功能性方向发展，具体表现在以下几个方面：21 开发由天然可再生资源制造，对人体刺激小，易生物降解的表面活性剂A 烷基多苷(APG)和葡糖酰胺(APA)是以葡萄糖和天然脂肪醇脂肪酸为基本原料合成的新型非离子表面活性剂，它们不仅表面活性高，起泡、稳泡性好
22、，去污力也优良，尤其是它与其它表面活性剂复配能够产生协同增效作用。它们不但本身刺激性小，而且还可以降低其它表面活性剂的刺激性，是当今最引人注目的新型绿色表面活性剂。B 醇醚羧酸盐(AEC)和酰胺醚羧酸盐(AAEC)从分子结构来看，AEC相当于在肥皂分子中烷基和羧基之间嵌入一段氧乙烯基，这两种产品Krafft点很低，抗Ca 、Mg 的能力强，日益受到人们的关注。2.2 开发功能性表面活性剂A 众所周知，EDTA是一种优良的钙镁离子络合剂，但在络合时只有三个羧基和两个N在起作用，而另一个羧基并不起作用，若用长链疏水基取代此羧基，就改性为既有表面活性又有强的钙镁离子络合能力的ED3A。这种产品既可用
23、于油田三次采油中作用作驱油剂，又可以作为无磷洗涤剂中的活性物。B 十六烷基二苯基醚单磺酸盐(C MADS)具有“反常”特点，其表面活性随洗涤温度升高而降低。，随钙，镁离子的浓度增大提高。2.3 洗涤工业中新型表面活性剂：双子表面活性剂2.3.1 双子表面活性剂的研究工作是从1991年开始的，当时，Menger合成了以刚性基团联接离子头基的双烷烃链表面活性剂，并给这类型顺序排列的两亲分子起了个名字：“Gimini”。Gimini在天文学上的意思以双子星座，借用于此刚好形象地表达了这类表面活性剂的结构特点。从分子结构看，它们又相似于两个表面活性剂分子的聚结，因此有时双称为二聚表面活性剂(dimer
24、ic surfactants)。2.3.2 这类表面活性剂分子中有两个疏水基团、两个亲水基团、一个连接基，其结构新颖独特，与传统的只有一个亲水基和亲油基的表面活性剂相比，它具有更优良的物化性能和应用性能。基结构模型如下：连接基可以是亲水性的，也可以是疏水性的，常见的联接基团有聚亚甲基、聚氧乙烯基、聚氧丙烯基，也有刚性的或杂原子的基团。2.3.3 Gemini的独特结构在Gemini表面活性剂中，含有两个亲油基和两个亲水基，联接基团通过化学键将两亲成分连接在一起的，使得两个表面活性剂单体分子的连接相当紧密，从而双子表面活性剂的碳氢链间更容易产生强的相互作用，即加强了碳氢链间的疏水结合力，而且离子
25、头基间的排斥倾向受制于化学键力而被大大削弱，因Gemini表面活性剂要比单链单头基表面活性剂有更高的表面活性。 对传统表面活性剂也可以增加亲油基团来提高其疏水性，提高表面活性，但增加油基的同时会引起溶解度的降低，限制了传统表面活性剂的亲油基的无限增长。而双子表面活性剂，由于有两个亲水基团，允许双子表面活性剂存在较多亲油基存在的同时，仍然保持其水溶性，使其具有实际广泛的应用价值。2.3.4 Gemini表面活性剂的优良性质实验表明，在保持每个亲水基团联接的碳原子数相等条件下，与单烷烃链和单离子头基组成的普通表面活性剂相比，离子型Gemini表面活性剂具有如下特征性质：(1)更易吸附在气液表面，从
26、而更有效地降低水溶液表面张力；(2)双子表面活性剂cmc值比传统表面活性剂低10 100倍；(3)连接基为亲水基的双子表面活性剂具有很低的Kraft点，可以用于冷水中；(4)对水溶液表面张力的降低能力和降低效率而言，Gemini和普通SAA尤其是和非离子SAA的复配能产生更大的协同效应；(5)具有良好的钙皂分散性、润湿性、起泡性和泡稳定性、增溶能力、抗菌能力和洗涤力等(6)与传统表面活性剂相比，双子表面活性剂在降低水的表面张力方面表现出更高的效率。3 绿色表面活性剂的发展方向 绿色 表 面 活性剂在各个领域的应用越来越广。在它本身结构的基础上，引人功能性基团，从而得到各种性能更独特或更优良的衍
27、生物，使绿色表面活性剂的生命力增强。生产工艺方面对绿色表面活性剂进行了改进，即减少中间过程，提高反应的选择性，同时还开发新型、高效的催化剂，加强新技术在绿色表面活性剂生产中的应用，提高工艺装置的自动化和智能化。绿色表面活性剂在研究和应用的同时与材料科学、能源科学、环境科学、生命科学及信息科学等学科出现了更多的交叉。这将促使它的应用范围延伸到新的应用领域。绿色表面活性剂将在产业结构调整和应用开发上呈现出新的优势。4 总结 目前，我国洗涤用品总产量已经超过500万t，并以年43的速度递增。在新世纪安全可靠、环境保护洗涤用品倍受关注的情况下，积极开发性能更优良，价格更合理，对环境更好的洗涤用品就显得
28、尤为重要。温和型、复配型和功能性表面活性剂是表面活性剂的发展方向；研制性能优良的复合酶，发展加酶洗涤剂和多功能洗涤剂，寻找具有良好低温漂白性能的产品，以提高洗涤剂效果和质量是洗涤助剂追求的目标。洗涤用品将继续向有利环保、节水、高效、温和、使用方便以及节能的方向发展。 随着洗涤剂工业的发展，不断对表面活性剂提出更高的要求，在未来几十年里，LAS、醇的衍生物还将占据其统治地位，因为它们有优良的价格性能比以及它们的环境记录，使得它们仍然在洗涤工业中走在前沿的行列。近几年来，特种表面活性剂的出现以及它们所表现出的优良性能，吸引着科研工作者们对它们投入更多的研究，新的技术、新型表面活性剂将会不断出现，来
29、满足广大消费者的各种需求，新型表面活性剂的开发与投入使用之间的周期将会越来越短。绿色表面 活性剂弥补了传统表面活性剂生产和使用中出现的各种弊端。它在世界范围内已经得到了广泛的推广和应用，人们对绿色表面活性剂的研究具有更重要的现实意义。在研究和开发绿色表面活性剂产品的同时，应进一步加大对绿色表面活性剂的研究力度，促使我国绿色表面活性剂事业实现飞速发展，进而带动我国其他行业的快速发展。5. 参考文献【1】冯书博我国合成洗涤剂发展趋势探讨J广西轻工业，2008，24(5)：26，【2】刘彩娟表面活性剂的应用与发展EJ河北化工，2007，30(4)：2021【3】银军，高慧，蔡辉平我国阴离子表面活性剂
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