綠色表面活性劑的研究進展樣本

綠色表面活性劑研究進展摘要：表面活性劑在工業(yè)生產(chǎn)和尋常生活中占有越來越重要地位，被人們形象地稱為“工業(yè)味精”，廣泛應用于化妝品、洗滌劑和制藥等行業(yè)。但是與此同步，大量使用表面活性劑帶來生態(tài)破壞和環(huán)境污染也不容忽視。為了保護人類生存環(huán)境，實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展目的，研究和開發(fā)一批溫和、安全、高效、易生物降解和保護環(huán)境綠色表面活性劑勢在必行。當前，已有不少專家、學者從事這方面研究，并已獲得了一定研究成果。核心字：活性劑；綠色；表面1、表面活性劑性能分類以及發(fā)展趨勢表面活性劑是指具備固定親水親油基團，在溶液表面能定向排列，并能使表面張力明顯下降物質(zhì)。由于表面活性劑分子中具備非極性烴鏈（8個碳原子以上烴鏈）以及極性基團（如：羧酸、磺酸、硫酸、氨基或胺基及其鹽，也可是羥基、酰胺基和醚鍵等），使其分子構(gòu)造具備兩親性。表面活性劑按其在水中與否離解，可分為非離子型表面活性劑和離子型表面活性劑。離子型表面活性劑依照溶解后活性成分又可分為陽離子型、陰離子型和兩性離子型[1]（見圖1）。表面活性劑特殊分子構(gòu)造，使其具備增溶、乳化、潤濕以及殺菌消毒和去污等性能，廣泛應用在洗滌劑和化妝品、工業(yè)、農(nóng)業(yè)以及環(huán)境工程等方面。截至年，表面活性劑使用量已經(jīng)超過了1520萬頓，使用量以每年3%速度迅速增長，需求量極大。但表面活性劑在生產(chǎn)和使用過程中對人體及環(huán)境生態(tài)系統(tǒng)導致了嚴重危害。在洗滌劑中加入一定量表面活性劑可以增強洗滌劑溶解性和洗滌性，但由于這些表面活性劑具備一定毒性，會對皮膚產(chǎn)生明顯刺激作用。表面活性劑還會對生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生潛在危害。如烷基苯磺酸鈉（ABS）生物降解性差，在洗滌劑中大量使用，所產(chǎn)生大量泡沫導致了都市下水道及河流泡沫泛濫；使用具有磷酸鹽表面活性劑使河流湖泊水質(zhì)產(chǎn)生“富營養(yǎng)化”：在生產(chǎn)直鏈烷基苯磺酸鈉（LAS）過程中所產(chǎn)生二氧化硫、三氧化硫，及在脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸鹽（AES）生產(chǎn)過程中產(chǎn)生二烷類物質(zhì)不易生物降解，對環(huán)境導致了巨大危害。為了滿足人們?nèi)找嬖鰪姳＝⌒枨?，保證人類生存環(huán)境可持續(xù)發(fā)展，開發(fā)對人體盡量無毒無害及對生態(tài)環(huán)境無污染表面活性劑勢在必行[2]。圖1表面活性劑分類2、綠色表面活性劑概述綠色表面活性劑普通是由天然再生資源加工成具備兩親性構(gòu)造物質(zhì)，對人體刺激小，易生物降解。但也有某些綠色表面活性劑是在普通表面活性劑基本上進行構(gòu)造修飾（如引入某些特殊基團），有是對某些本來不具備表面活性物質(zhì)進行構(gòu)造修飾，尚有某些是合成具備全新構(gòu)造表面活性劑。綠色表面活性劑具備天然、溫和以及刺激性小等優(yōu)良特點。同老式表面活性劑同樣，綠色表面活性劑具備親水基和憎水基，但卻具備高效強力去污性、優(yōu)良配伍性及良好環(huán)境相容性，并體現(xiàn)出良好乳化性、洗滌性、增溶性、潤濕性、溶解性和穩(wěn)定性等。依照綠色表面活性劑在反映中降解方式不同，重要以生物表面活性劑、可降解表面活性劑以及反映型表面活性劑等幾種典型綠色表面活性劑為例，簡介了綠色表面活性劑研究進展。3、典型綠色表面活性劑3.1生物表面活性劑生物表面活性劑是微生物在代謝過程中分泌出具備一定生物活性次級代謝產(chǎn)物。與合成表面活性劑同樣，生物表面活性劑由親水基和疏水基兩某些構(gòu)成，但生物表面活性劑比合成表面活性劑更具備潛在優(yōu)勢：①可生物降解，不會導致再污染；②無毒或低毒；③普通不致敏、可消化，因而可用于化妝品和食品添加劑；④可以用工業(yè)廢物生產(chǎn)，有助于環(huán)境污染治理；⑤具備更好環(huán)境相容性和起泡性，在極端溫度、pH值、鹽濃度下具備更高選取性和專一性；⑥構(gòu)造多樣，有也許合用于特殊領域。韓慧龍等在中原油田石油污染耕地區(qū)域篩選出一株石油降解細菌—陰溝腸桿菌（Enterobactercloacae），并將細菌-真菌協(xié)同修復技術(shù)用于石油污染土壤原位修復，獲得了較好效果。在前期工作中發(fā)現(xiàn)，E．cloacae可以產(chǎn)生生物表面活性劑并對石油烴產(chǎn)生乳化作用，從而也許提高石油烴生物運用度。徐圓圓等系統(tǒng)地考察了E．cloacae產(chǎn)生生物表面活性劑特性，優(yōu)化了產(chǎn)生生物表面活性劑培養(yǎng)基條件，分離純化得到生物表面活性劑并對其進行了鑒定，考察了生物表面活性劑對菲這種多環(huán)芳烴乳化、增溶和脫附作用。成果表白，E．cloacae能以葡萄糖等水溶性碳源產(chǎn)生糖脂類表面活性劑，表面活性劑產(chǎn)生與菌體生長為正有關(guān)型。E．cloacae產(chǎn)生表面活性劑最佳營養(yǎng)培養(yǎng)基構(gòu)成為：葡萄糖為碳源、氯化銨為氮源，質(zhì)量分數(shù)分別是3%和0.1%，碳氮比為8.9，初始pH值是7.2。所產(chǎn)生糖脂類生物表面活性劑對菲有增溶效果，并可強化菲從高嶺土上脫附。這些成果預示，采用E．cloacae所分泌表面活性劑可以提高土壤表面吸附石油烴污染物生物運用度，從而提高石油烴污染土壤生物修復效率。YESEM等用高分子生物表面活性劑Emulsan和高瀝青含量6號稠油配制O/W型乳狀液（油水體積比7∶3）進行了燃燒實驗。該乳狀液具備較好穩(wěn)定性和可燃性。碳燃燒充分，燃燒過程中看不見明顯煙，并且沒有檢測到一氧化碳存在。稠油乳狀液直接燃燒有助于低品質(zhì)稠油應用。最初人們對生物表面活性劑感興趣，重要是由于其具備高效、低毒以及無污染等長處，可代替化學表面活性劑。近年來研究發(fā)現(xiàn)，生物表面活性劑除具備表面活性功能外，還具備潛在抗菌活性，涉及抗真菌、抗細菌、抗支原體和抗病毒等活性，此外，還可用在免疫調(diào)節(jié)分子、黏合劑、疫苗及基因治療等方面[3]。當前，國內(nèi)外只有少數(shù)幾種生物表面活性劑產(chǎn)品走向市場，大多數(shù)仍處在實驗研究階段，這重要是由于它經(jīng)濟成本較高影響了其廣泛應用。但是，隨著生物技術(shù)不斷進步和生物工程發(fā)展，人們對生物表面活性劑，特別是對產(chǎn)生生物表面活性劑菌株研究不斷進一步，有望在將來大規(guī)模應用品有商業(yè)價值生物表面活性劑。3.2可降解型表面活性劑可降解型表面活性劑又叫做tempory（暫時性）表面活性劑，或可控半衰期表面活性劑（surfactantswithcontrolledhalf-live）。可降解型表面活性劑最初定義是指在完畢其應用功能后，通過酸、堿、鹽、熱或光作用能分解成非表面活性物質(zhì)，或轉(zhuǎn)變成新表面活性化合物一類表面活性劑。近年來，對可降解表面活性劑定義已發(fā)生變化。環(huán)境影響已成為新型表面活性劑發(fā)展重要推動力，生物降解性也已成為判斷表面活性劑好壞重要指標?？山到庑捅砻婊钚詣┚邆漭^好環(huán)保性能，這些表面活性劑可以解除某些復雜狀況。例如，使用可降解型表面活性劑在乳液聚合中可以不產(chǎn)生泡沫，或者使用后可形成穩(wěn)定乳液等。存在于此類表面活性劑中分子極性基和疏水基之間弱鍵斷裂后，可分解出水溶性和非水溶性兩種產(chǎn)物，而它們普通都可以通過后續(xù)原則化操作過程去除。這一辦法在有機合成和各種生物化學領域很有用途。可降解表面活性劑優(yōu)勢還在于其裂解產(chǎn)物具備新功能例如，用于個人護理用品某種表面活性劑，它在使用后可以分解成對皮膚有益產(chǎn)物，這種分解后衍生出新功能性表面活性劑有時被稱做功能性表面活性劑。表面活性劑在一定條件下裂解成非活性產(chǎn)物，能合用于某些特殊應用領域，如生物制藥領域。而能形成泡囊或微乳液可裂解型表面活性劑可用于制藥，滿足代謝物無毒需要。許虎君合成了一系列可裂解Gemini型季銨鹽表面活性劑，烷基-α，ω-雙（二甲基酰氧乙基溴化銨)，標記為Ⅱ-2m-2n（m=12，14；n=3，4，6），采用紅外光譜和核磁共振對構(gòu)造進行表征，測定了有關(guān)性能。成果表白，可裂解Gemini型季銨鹽表面活性劑具備很強膠束生成能力，其臨界膠束濃度（CMC）2163×10-4mol/L～4117×10-4mol/L（m=12）及2188×10-5mol/L～4146×10-5mol/L（m=14），分別比相應單季銨鹽表面活性劑臨界膠束濃度（CMC）低兩個數(shù)量級，其泡沫穩(wěn)定性、乳化性能和殺菌性明顯優(yōu)于相應單季銨鹽表面活性劑。A.R.Tehrani-Bagha等對帶有陽離子酯端Gemini型表面活性劑化學性能及生物降解性進行了研究。成果顯示，30天～40天后，此類表面活性劑有60%可以被完全降解，并且對環(huán)境不產(chǎn)生負面影響。赫爾伯格等研究發(fā)現(xiàn)，有一種構(gòu)造近似于丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚合物（ABS）烷基芳基酮磺酸鹽，經(jīng)光分解得到水溶性芳基酮磺酸鹽和兩種甲基烯烴混合物，這種表面活性劑對蛋白有增溶作用，由于它能在溶液中瞬間分解消失而使有關(guān)過程變得極為便利，引起光解反映所需光線波長在300nm以上，因此這種低能量射線對蛋白質(zhì)沒有損傷[4]。綜合國內(nèi)外研究現(xiàn)狀，以石油為原料表面活性劑，如烷基苯磺酸鈉（LAS）、α-烯基磺酸鹽（AOS）和仲烷基磺酸鈉（SAS）受國際原油價格影響將有所上升。因而，將來開發(fā)和研究較多將是以天然油脂、淀粉和木質(zhì)素等可再生天然資源為原料表面活性劑，并向多樣化、天然化、溫和型和易生物降解型表面活性劑方向發(fā)展。此外，隨著表面活性劑工業(yè)進一步發(fā)展，將推動其在納米材料、能源、環(huán)境、信息、微電子和高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)等方面應用。3.3反映型表面活性劑反映型表面活性劑是指帶有反映基團表面活性劑，它能與所吸附基體發(fā)生化學反映而永久地鍵合到基體表面，從而對基體發(fā)揮表面活性作用，同步成為基體一某些，它可以解決許多老式表面活性劑局限性。反映型表面活性劑至少應涉及兩個特性：它是表面活性劑；它能參加化學反映，并且反映后也不喪失其表面活性。反映型表面活性劑除了涉及親水基和親油基外，還應涉及反映基團。在諸多狀況下，表面活性劑僅在某一階段發(fā)揮其功用，在后來階段里也許就不再需要它們，甚至它們存在會對體系帶來某些悲觀影響。例如使用后表面活性劑殘存下來會污染環(huán)境，特別是對于某些生物降解速度慢表面活性劑更是如此。乳液聚合就是一種較好例子，乳化劑對于聚合過程完畢非常重要，但聚合過程完畢后，體系中乳化劑會導致聚合物純化困難、膜干燥速度慢以及耐水性差等局限性。此外，在用表面活性劑對材料進行表面修飾時，老式表面活性劑只能通過物理作用吸附于材料表面，這樣很不牢固，容易被破壞，不能滿足材料修飾需要。然而，反映型表面活性劑以其優(yōu)秀性能克服了老式表面活性劑這些局限性，進一步擴大了其使用范疇。廖波等人以聚乙二醇（PEG）、異佛爾酮二異氰酸酯（IPDI）和2，2，6-三甲基-4H-4，3酮為重要原料，合成了一種帶有乙酰乙酸基團聚氨酯表面活性劑。用FTIR和HNMR對產(chǎn)物構(gòu)造進行了表征，采用表面張力儀對其表面活性進行了測定，并考察了溫度、相對分子質(zhì)量及外加電解質(zhì)對表面活性影響，測定了其電導率和濁點。研究發(fā)現(xiàn)，其表面活性隨著濃度增高、相對分子質(zhì)量減少以及外加電解質(zhì)存在而增長，其濁點也隨著相對分子質(zhì)量增長而增長。產(chǎn)物分子構(gòu)造特性表白，所合成聚氨酯大分子中具有酮羰基，該基團可以在室溫條件下與交聯(lián)增進劑反映，從而為制備新型室溫交聯(lián)涂料奠定基本。赫慶鵬等選用了幾種普通反映型表面活性劑，通過對其引入碳碳雙鍵，合成得到新型反映型表面活性劑，并對其性能進行了詳細研究。實驗分析表白，在表面活性劑分子中引入雙鍵和羰基，會使由此制備乳化劑乳化力、起泡性與穩(wěn)泡性等性能均有良好改進。王學川等在前期微乳皮革增強復鞣劑研究基本上，優(yōu)化出了反映型乳化劑最佳合成條件，制備出反映型乳化劑—馬來酸酐十二醇單酯鉀鹽，代替外乳化劑十二烷基硫酸鈉，進行無皂微乳液聚合制備皮革柔軟增強劑（EM）。將制得EM用于豬二層革增強解決。成果表白，反映型乳化劑與混合單體(丙烯酸丁酯90g、甲基丙烯酸甲酯75g和二乙烯基苯15g質(zhì)量分別為120g和180g?；钚詥误w丙烯酸質(zhì)量分數(shù)為10%時，對皮革柔軟增強效果最佳。橫向扯破強度提高58.8％，縱向扯破強度提高37.4％，成革橫向和縱向扯破強度趨于一致，崩破強度提高54.1％。HongTan等對新型季銨鹽-L-賴氨酸表面活性劑負載反映基團進行了研究，通過最小抑菌濃度考察了其抗菌性。研究成果顯示，新型季銨鹽-L-賴氨酸表面活性劑可以減少細菌真菌活性，反映性基團為表面活性劑聚合提供了位點，同步導致了聚合物高抗菌性。AilanQu等對含硅氟殼核乳液進行了研究。成果顯示，單獨使用表面活性劑OP-10（辛基苯酚聚氧乙烯）時，乳液穩(wěn)定性差，浮現(xiàn)結(jié)塊現(xiàn)象。當用反映型乳化劑DNS-86（烯丙氧基壬基酚聚氧乙烯醚硫酸銨）與OP-10復配使用時，乳液穩(wěn)定性明顯提高。反映型表面活性劑浮現(xiàn)，開辟了表面活性劑合成及應用新領域。它可以廣泛用于乳液聚合、溶液聚合、分散聚合、無皂聚合、功能性高分子以及納米材料制備等各個方面。采用反映型表面活性劑所有或某些代替老式表面活性劑后，產(chǎn)品性能會得到很大改進或可制得新產(chǎn)品。固然，反映型表面活性劑也存在著某些局限性，如聚合過程中水溶性聚合物含量增長；乳液聚合中固含量不能超過50％，否則體系就會不穩(wěn)定；表面活性劑分子構(gòu)造復雜、影響因素多、沒有規(guī)律性等。總體來說，當前國內(nèi)對于反映型表面活性劑研究尚未成系統(tǒng)，綜合當前國外對于這方面研究和應用狀況以及將來發(fā)展前景，應加強這方面基本研究和應用推廣工作，特別是在如下幾種方面：綜合考慮各種影響因素，合成新性能優(yōu)良反映型表面活性劑，特別是通過在表面活性劑分子鏈上接上特殊化學鍵、官能團及鏈段，使其具備功能性；擴大其應用范疇并研究反映型表面活性劑對產(chǎn)品性能影響；進一步研究反映型表面活性劑對聚合機理影響，以此為突破口建立更完善聚合理論，特別是乳液聚合理論。4、結(jié)語當前，世界表面活性劑市場呈穩(wěn)定而緩慢增長趨勢，依照國外某些比較大公司及專家預測，將來表面活性劑工業(yè)重要發(fā)展趨向為：（1）提高表面活性劑生物降解性。表面活性劑對環(huán)境生態(tài)影響仍是個重要問題，因而，解決表面活性劑生物降解性和毒性，減小對環(huán)境污染，使表面活性劑生產(chǎn)和使用更加安全仍是此后一大課題。（2）大力開發(fā)和運用天然資源。開發(fā)和運用天然脂肪醇和棕櫚油、糖類、