王軍.特種表面活性劑發(fā)展現(xiàn)狀

特種表面活性劑發(fā)展現(xiàn)狀

王軍鄭州輕工業(yè)學(xué)院

表面活性劑的一般結(jié)構(gòu)

表面活性劑是指能富集于界面、并對界面性質(zhì)產(chǎn)生顯著影響的一類物質(zhì)表面活性劑從結(jié)構(gòu)上看均為兩親分子，即同時具有親水的極性基團和憎水的非極性基團。極性頭C8－18長鏈烷基等非極性基團表面活性劑分類表面活性劑通常采用其極性基團的結(jié)構(gòu)來分類：離子型非離子型陽離子型陰離子型兩性型表面活性劑表面活性劑分類表面活性劑按其組成結(jié)構(gòu)來分類：常規(guī)表面活性劑表面活性劑特種表面活性劑特種表面活性劑

結(jié)構(gòu)特殊、含有其他元素、產(chǎn)量小、性能獨特的表面活性劑，人們把它們稱之為特種表面活性劑元素表面活性劑特種表面活性劑結(jié)構(gòu)特殊表面活性劑特種表面活性劑分類含氟表面活性劑含硅表面活性劑元素表面活性劑含磷表面活性劑含硼表面活性劑含鍺表面活性劑特種表面活性劑分類

雙子型表面活性劑

Bola型表面活性劑冠醚型表面活性劑結(jié)構(gòu)特殊表面活性劑反應(yīng)型表面活性劑螯合型表面活性劑陰-陽離子復(fù)合型表面活性劑高分子型表面活性劑等1、氟表面活性劑

常規(guī)表面活性劑分子中碳氫鏈中的氫原子部分或全部用氟原子取代，就成為氟表面活性劑。CnF2n+1CFCnF2n+1OCF2CF2—CFOCF3CCl2(CF2CFCl)n-1CF2—CFClCnF2n+1CH2CH2Si(CH3)2—CFHSi1、氟表面活性劑

氟表面活性劑具有“三高二憎”特性，即高表面活性、高耐熱穩(wěn)定性、高化學(xué)惰性、憎水性和憎油性。

(1)高表面活性：氟表面活性劑的表面張力在15mN·m-1以下，烴類表面活性劑為27mN·m-1，硅酮類表面活性劑為22mN·m-1。

1、氟表面活性劑(2)高耐熱性能

C-—F鍵鍵能(485.6KJ·mol-1)>C-—H鍵鍵能(413KJ·mol-1)，氟原子體積>氫原子，使C—C鍵因氟原子的屏蔽作用而得到保護，故氟表面活性劑具有較高的耐熱及化學(xué)穩(wěn)定性。

C6F13OC6H4SO3Na分解溫度為375℃1、氟表面活性劑(3)高化學(xué)穩(wěn)定性：氟表面活性劑不會與各種強氧化劑、強酸和強堿發(fā)生反應(yīng)而分解，在強氧化劑、強酸、強堿及強電解質(zhì)中穩(wěn)定，而且在這種溶液中仍能保持良好的表面活性。(4)憎水性和憎油性：氟碳表面活性劑所含氟烷基兼具疏水性和疏油性，因此不僅在水中，而且在有機溶劑中也呈現(xiàn)出良好的表面活性，尤其導(dǎo)入極性較低的親油基團時，可更加有效地降低溶劑的表面張力。1、氟表面活性劑2、含硅表面活性劑

有機硅表面活性劑主要是指是以聚二甲基硅氧烷為其疏水主鏈，在其中間位或端位連接一個或多個有機極性基團而構(gòu)成的一類表面活性劑。按照表面活性劑中親水基的離子類型，有機硅表面活性劑和常規(guī)表面活性劑一樣，可以分為四類，即陰離子表面活性劑，陽離子表面活性劑，兩性表面活性劑和非離子表面活性劑。R3-Si-CnH2nCOOH2、含硅表面活性劑（1）界面性能

硅氧烷表面活性劑在水溶液和非水溶液中都具有表面活性。二甲基硅氧烷表面活性劑不僅在水溶液中，而且在有機溶劑中，它們的表面張力都可下降到20mN﹒m-1～21mN﹒m-1。相當(dāng)于純二甲基硅氧烷的表面張力。2、含硅表面活性劑（2）超潤濕性

三硅氧烷表面活性劑不但能降低油水界面的界面張力；同時，還能在低能疏水表面(如聚苯乙烯表面)潤濕擴展，這一能力稱為“超潤濕性”或“超擴展性”。這種現(xiàn)象被認為是在溶液中存在特殊的表面活性劑聚集體。（3）與CO2的作用

聚氧乙烯醚三硅氧烷表面活性劑可以使CO2和水形成乳液，通過調(diào)節(jié)EO數(shù)，改變表面活性劑的“親水親CO2平衡(HCB)”，可以使乳液由CO2包水(W/C)轉(zhuǎn)變?yōu)樗麮O2(C/W)。3、含硼表面活性劑

硼原子是一個缺電子原子，形成化合物時的成鍵特性可歸納為3點：共價性、缺電子和多面體習(xí)性。硼是一個親氧元素，它能形成許多含有B-O鍵的化合物。3、含硼表面活性劑（1）抗摩擦性

硼酸酯表面活性劑抗磨潤滑機理是形成了邊界潤滑膜。硼酸酯表面活性劑分子經(jīng)過吸附、裂解、聚合、縮合、沉積以及摩擦滲硼等復(fù)雜的過程，在摩擦表面產(chǎn)生吸附膜、摩擦聚合物膜、表面沉積膜與滲透膜，減少了摩擦，從而起到抗磨作用。（2）防銹性能

有機硼系咪唑啉防銹劑屬于吸附膜型防銹劑，它的吸附基的中心原子(N)電子云密度高，可向金屬表面提供電子形成配位鍵，從而吸附在金屬表面，形成覆蓋的保護膜。3、含硼表面活性劑（3）抗靜電性

塑料制品中使用的傳統(tǒng)非離子抗靜電劑是通過不斷遷移到表面，分子中的親水基吸附空氣中的水分，在制品表面形成水膜，從而實現(xiàn)抗靜電作用。因此，具有很強的濕度依賴性。而有機硼酸酯結(jié)構(gòu)中的半極性的硼螺環(huán)結(jié)構(gòu)，由于類似于離子態(tài)，自身具有較強的靜電衰減能力，故抗靜電性能的實現(xiàn)對濕度依賴性大大降低。3、含硼表面活性劑（4）阻燃性

硼酸酯表面活性劑還具有一定的阻燃性，可用于防火材料的添加劑。（5）抗菌性能

硼原子具有殺菌作用，硼酸就是醫(yī)藥中常用的消毒劑。硼酸酯表面活性劑的殺菌作用可使水中微生物繁殖能力下降，提高表面活性劑的應(yīng)用效率；同時硼酸酯表面活性劑毒性低。

4、雙子表面活性劑

4、雙子表面活性劑

親水柔性間隔基型親水性聯(lián)接基親水剛性間隔基型聯(lián)接基親油柔性間隔基型親油性聯(lián)接基親油剛性間隔基柔性指碳鏈較短的碳氫鏈、亞二甲苯基、對二苯代乙烯基等；剛性指較長的碳氫鏈、聚氧乙烯鏈、雜原子等

4、雙子表面活性劑

對稱型雙子表面活性劑疏水基不對稱C-HC-F

非對稱型親水基不對稱疏水基和親水基均不對稱4、雙子表面活性劑（1）臨界膠束濃度

比相應(yīng)的傳統(tǒng)表面活性劑低1-2個數(shù)量級。

m-s-m型雙子表面活性劑，聯(lián)接鏈s的長度對cmc的影響成非線性關(guān)系，當(dāng)s=4-6時，cmc值達到最大。親水基為陽離子基團的雙子表面活性劑，cmc值隨端基極性增加和聯(lián)接鏈長度的減小而急劇降低。親水基為陰離子表面活性劑比起相應(yīng)的陽離子，其cmc值更低。4、雙子表面活性劑（2）膠束形態(tài)

剛性聯(lián)接基團的雙子表面活性劑分子內(nèi)烷烴鏈間的聚集作用難以實現(xiàn)，因而形成亞膠束，在水溶液中，主要以線性形式存在；柔性聯(lián)接基團的雙子表面活性劑則在水溶液中，同一分子的兩個烷烴鏈將彎向同一側(cè)，構(gòu)成傳統(tǒng)意義上的膠束。對于m-s-m型雙子表面活性劑，隨亞甲基聯(lián)接鏈增長，其聚集態(tài)會發(fā)生系列變化，從圓筒狀膠束變?yōu)榍驙钅z束，再轉(zhuǎn)變?yōu)槟遗萁Y(jié)構(gòu)。

4、雙子表面活性劑（3）協(xié)同作用

混合體系在表面張力降低效率和降低能力方面都存在著強協(xié)同作用。與普通陽離子表面活性劑相比，陽離子型雙子表面活性劑與陰離子型普通表面活性劑復(fù)配體系在生成膠束能力方面有很強的協(xié)同作用。這主要由以下兩個因素決定：(1)兩個離子頭基靠聯(lián)接基團通過化學(xué)鍵聯(lián)接造成兩個表面活性劑單體離子的緊密聯(lián)接；(2)一個陽離子型雙子表面活性劑分子帶兩個正電荷，而一個普通陽離子表面活性劑只帶有一個正電荷。5、Bola型表面活性劑

Bola化合物有三種類型：單鏈型，雙鏈型和半環(huán)形。Bola化合物的親水基既有離子型，也有非離子型；疏水基可以是支、直鏈飽和烷烴或碳氟基團，也可以是不飽和的、帶分支的或帶有芳香環(huán)的基團。5、Bola型表面活性劑（1）降低表面張力的能力不是很強

5、Bola型表面活性劑（2）是Bola化合物溶液的表面張力－濃度曲線往往出現(xiàn)兩個轉(zhuǎn)折點，在溶液濃度大于第二轉(zhuǎn)折點后溶液表面張力保持恒定。聚丙二醇二硫酸鈉鹽(PPGS)水溶液的表面張力和cmc

5、Bola型表面活性劑（3）溶液的表面吸附

6、生物表面活性劑生物表面活性劑(Biosurfactants，簡稱BS)是指由細菌、酵母和真菌等多種微生物產(chǎn)生的具有表面活性劑特征的化合物。桿菌或其它物種合成的脂肽假單胞菌和假絲酵母菌合成的糖脂生物表面活性劑氧化硫硫桿菌合成的磷脂不動桿菌合成的多糖脂混合物有些微生物細胞6、生物表面活性劑

糖脂系海藻糖脂、鼠李糖脂?；s氨基酸系脂肽、脂氨基酸生物表面活性劑中性脂/脂肪酸甘油脂、脂肪酸磷脂系磷脂酰膽堿、磷脂酰乙醇胺聚合物脂雜多糖、脂多糖復(fù)合物6、生物表面活性劑生物表面活性劑的特性

（1）化學(xué)結(jié)構(gòu)更為復(fù)雜和龐大，單個分子占據(jù)更大的空間，因而顯示出較低的臨界膠束濃度。（2）無毒或低毒、可生物降解，對環(huán)境不造成污染。（3）可用微生物方法引入化學(xué)方法難以合成的新化學(xué)基團，使其結(jié)構(gòu)多樣化，具有特殊的官能團，專一性強，可以用于特殊領(lǐng)域。6、生物表面活性劑生物表面活性劑的特性

（4）生物相容性好，一般不會導(dǎo)致過敏，可消化，可用作化妝品、食品和功能食品的添加劑。（5）具有更好的環(huán)境相容性、更高的起泡性，在極端溫度、pH值、鹽濃度下具有很好的選擇性和專一性。7、反應(yīng)型表面活性劑

（1）反應(yīng)型表面活性劑的類型

7、反應(yīng)型表面活性劑（2）主要用途

可聚合乳化劑表面活性引發(fā)劑表面活性修飾劑固體表面表面活性交聯(lián)劑涂料表面活性鏈轉(zhuǎn)移劑8、螯合性表面活性劑

8、螯合性表面活性劑其中R=CnH2n+1N-烷基ED3A

或CnH2nCON-?；鵈D3A8、螯合性表面活性劑螯合性表面活性劑的性能

8、螯合性表面活性劑螯合能力

月桂酰ED3A為例，在低濃度時，其CV值為20mgCaCO3·g-1；而在85g/L時，達到190mgCaCO3·g-1。其他類型的表面活性劑的CV值一般不超過30mgCaCO3·g-1。N-酰基ED3A可以螯合多種多價金屬離子，與之形成絡(luò)合物。經(jīng)紅外伸縮振動分析，N-酰基ED3A對各種金