绿色表面活性剂的现状及研究进展

题目绿色表面活性剂的现状及研究进展学科专业化学工艺姓名何晨学号S100030718指导教师蒋庆哲宋昭峥老师论文完成时间：2011年6月22日绿色表面活性剂的现状及研究进展摘要绿色表面活性剂生物降解性好，对皮肤刺激性小，有优良的物化性能，与其他表面活性剂配伍性好，在许多行业和领域有广泛的应用，是很有发展前景的表面活性剂。本文介绍了几种表面活性剂的性能和应用，并对其进展进行了概述。关键词：绿色表面活性剂；环境友好；性能AbstractGreensurfactantiseasytobebiodegraded,haslittleirritationtoskin,perfectphysicalchemicalproperties,andgoodcompatibilitywithothersurfactant,thereforeitiswidelyusedinmanyindustriesandfields,whichisakindofverypromisingsurfactant.Thispaperintroducesseveralsurfactantperformanceandapplication,andreviewsitsprogress.KeyWords:Greensurfactant;environmentallyfriendly;performance表面活性剂在工业生产中起着举足轻重的作用，被人们形象地称为“工业味精”[1]。表面活性剂在生产和使用的过程中队人体及环境生态系统造成了严重的危害。在洗涤剂中加入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[2]。为了满足人们日益增强的保健需求，确保人类生存环境的可持续发展[3]，开发对人体尽可能无毒无害及对生态环境无污染的绿色表面活性剂势在必行。1绿色表面活性剂的产生与发展表面活性剂（surfactant）是一类重要的化工材料，具有固定的亲水亲油基团，在溶液表面能定向排列，并能使溶液表面张力显著下降[4]。表面活性剂按其在水中是否离解，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、阴离子型和两性离子型[5]。绿色表面活性剂是由天然的或可再生资源加工而成的，即具有天然性、温和性、刺激性小等优良特点。同传统表面活性剂一样，绿色表面活性剂具有亲水基和憎水基。与传统的表面活性剂相比，绿色表面活性剂具有高效强力去污性、优良的配伍性及良好的环境相容性，并表现出良好的乳化性、洗涤性、增溶型、润湿性、溶解性和稳定性等。除此之外，每一种表面活性剂都有其特有的性能，因此备受广大科学工作者的亲睐。2几类绿色表面活性剂的性能2.1烷基聚葡萄糖苷（APG）类烷基糖苷（APG）是新一代环保型绿色表面活性剂，由天然或再生资源的原料，属新型的非离子表面活性剂，具有优良的发泡性能、对人体刺激性小、易被生物降解等特点，表面张力低，去污力好，泡沫丰富细腻，配伍性强，与任何类型表面活性剂协同效应明显，具有较强的广谱抗菌活性，产品易于稀释，无浊点、无凝胶现象，使用方便，而且耐强碱、抗盐性强[6]。烷基糖苷生产所用原料是口服葡萄糖和脂肪醇，此产品由于其无毒、无刺激，将是传统表面活性剂的替代产品，具有广阔的应用前景。广泛应用于农药中间体、洗涤剂、化妆品、食品、医药、消防、纺织、印染、石油等工业领域。2.2脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸盐（AES）脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸盐（AES）是由高级脂肪醇和环氧乙烷进行加成反应，制得脂肪酸聚氧乙烯醚再经硫酸化而得。AES是一类重要的阴离子表面活性剂，它具有优良的抗硬水性、发泡性和低温性能，生物降解迅速，对皮肤刺激性小，与酶的配伍性好，而且溶液透明稳定并易于被电解质调节增加粘度[7]，因而被广泛应用于液体洗涤剂、低磷和无磷洗涤剂以及个人保护用品中，也是我国阴离子型绿色表面活性剂的主流产品。2.3脂肪醇聚氧乙烯醚羧酸盐（AEC）脂肪醇聚氧乙烯醚羧酸盐（AEC）是一种性能优良的新型绿色表面活性剂，其最显著的特点在于具有优良的化学稳定性和安全性。AEC的生物降解性好，对皮肤温和，对眼粘膜刺激性小，对酶活性影响小，安全无毒。此外，其润湿性优良，去污能力超过相应的醇醚化合物。AES在生产过程中生成致癌物二噁烷，而AEC的生产条件温和，无二噁烷生成，因此AEC被认为是AES的升级换代产品。2.4脂肪酸甲酯磺酸盐（MES）MES性能温和，对人体的刺激性及毒性低于直链烷基苯磺酸盐。洗涤性好，在冷水和硬水中都能保持良好的洗涤性能，在硬水中更加显著。但其颜色深，漂白过程中易水解成洗涤性能差的副产物—二钠盐，在碱性有水条件下热稳定性差，难于配方[8]。2.5生物表面活性剂生物表面活性剂(biosurfactant）是微生物在代谢过程中分泌出的具有一定生物活性的次级代谢产物[9]。与常规表面活性剂相同，生物表面活性剂由亲水基和憎水基两部分组成，但生物表面活性剂比合成表面活性剂更具有潜在的优势：①可生物降解，无毒或低毒，具有良好的环境相容性；②可用工业废物生产，以减少工业三废；③具有更高的起泡性，在某些苛刻条件（如极端温度、PH值、盐浓度）下具有更高的选择性和专一性；④结构多种多样，可适用于特殊领域。目前生物表面活性剂的应用已经涉及到石油、化工以及环境等众多领域。最初人们对生物表面活性剂感兴趣，主要是由于其具有高效、低毒、无污染，可替代化学表面活性剂等优点。近年来研究发现，生物表面活性剂除具有表面活性的功能外，还具有潜在的抗菌活性，包括抗真菌、抗细菌、抗支原体和抗病毒等活性，此外还可用在免疫调节分子、粘合剂、疫苗及基因治疗等方面。2.6可降解型表面活性剂可降解型表面活性剂又叫做暂时性表面活性剂或可控半衰期的表面活性剂（surfactantswithcontrolledhalf-live），其最初的定义是：在完成其应用功能后，通过酸、碱、盐、热或光的作用能分解成非表面活性物质或变成新表面活性化合物的一类表面活性剂。这类表面活性剂分子极性头部和疏水链之间往往含有稳定性有限的弱键，该弱键的裂解将直接破坏分子的表面活性，也就是通常所说的表面活性剂初级降解。按可分解官能团的不同一般可将可降解型表面活性剂分为缩醛型和缩酮型两类[10]。与常规表面活性剂相比，可降解型表面活性剂具有更好的环保性能，这类表面活性剂可以解除一些复杂情况。近年来，人们对可降解型表面活性剂的认识已不断深化和发展。环境影响的大小和生物降解性的快慢已逐渐成为判断表面活性剂好坏的重要指标。到目前为止，已有不少研究者试图通过各种方法制备出具有可降解性的新型表面活性剂。3绿色表面活性剂的应用3.1在洗涤剂中的应用洗涤剂是根据要求将污垢从不同物品上洗脱下来达到清洁目的的过程。脂肪酸盐表面活性剂是重要的洗涤剂，也是目前重要的清洁剂，而肥皂是最常见的脂肪酸盐阴离子表面活性剂。肥皂的缺点是耐硬水性能差。而用绿色表面活性剂制成的洗涤剂比传统的洗涤剂具有更好的洗涤性和抗硬水性。绿色表面活性剂不管是作为主表面活性剂还是作为煮表面活性剂都有明显的增效作用（提高发泡能力、增强洗涤效果、增强溶解性等）。绿色表面活性剂与传统表面活性剂以一定的比例混合后，表现出优良的协同效应，增强绿色表面活性剂的应用效果。APG在餐洗液中应用时，与相同剂量的传统洗涤剂相比，洗盘数明显增多，而且残留量小。3.2在化妆品中的应用传统工艺生产的化妆品膏剂不易被人体的表皮细胞吸收，对皮肤的渗透力弱。在防紫外线方面，为了尽可能保护皮肤，必须增加表面活性剂的添加量，而这样会增加皮肤癌变的几率，使皮肤产生过敏等不良反应。如果把化妆品种的活性成分用一定比例的绿色表面活性剂代替，其性能将会大大地改善，既提高它的渗透性，达到稳泡的作用，又大大降低它的刺激性，从而节约了表面活性剂的总用量。由纯天然原料制成的APG具有对皮肤刺激性小。无毒性、良好的乳化性和润湿性等优良性能，显示出良好的保湿型和皮肤养护性。对于低刺激性的香波和婴儿香波而言，APG是必不可少的原料。3.3在环境工程中的应用传统表面活性剂在使用过程中由于生物降解性差，具有一定的毒性，在使用后一般不被处理就被排放到环境中。由于传统表面活性剂难以生物降解，形成长期的残留，严重地影响了环境生态系统。而绿色表面活性剂具有优良的生物降解性和物化性能等特点。这些特点决定了绿色表面活性剂适合于环境工程领域。如：为了消除土壤中有机污染物，可用绿色表面活性剂使使土壤中的有机污染物分散、增溶、乳化，使污染物在最短的时间内实现生物降解，甚至完全消失。APG的生物降解性良好[11]，在废水厂模拟生物降解实验中达到了OECD（欧洲共同经济合作与发展组织）的要求。在生态学方面，APG对周围动、植物的毒性很低，在整个生命周期中对环境产生的危害也很小。3.4在农药加工中的应用农药水基质剂的开发离不开表面活性剂的应用。水基质剂的开发离不开表面活性剂的应用。一方面，大量的表面活性剂的应用给生态环境带来潜在的危害，如传统农药剂型中常用的烷基酚聚氧乙烯醚（NP）[12]系列表面活性剂的生物降解率仅为0%~9%，且降解产物烷基酚毒性更大，连续使用会造成土壤的累积性污染，影响土壤酸碱性，导致肥效下降。另一方面，表面活性剂的生产往往需要大量的合成化学品，生产过程中产生较多的副产品，对环境造成危害[13]。绿色表面活性剂表现出很好的界面性能，对提高农药生物活性，减少用药量，降低成本，减轻对环境的污染有重要作用。绿色表面活性剂大多来源于生物材料，作为乳化剂又可作用于生物材料，这对于化工原料的合理使用和环境保护具有重要意义。因此，如何改进配方，以绿色表面活性剂取代传统表面活性剂在农药加工中的应用，是今后环保农药制剂发展的指导方向。3.5在制药工业中的应用传统表面活性剂在制药工业中应用时的缺点表现为配伍性和润湿性差，并且会与药品中的其他成分作用而危害人体。绿色表面活性剂无毒、低刺激性，不会与药剂中的其他成分作用对人体产生副作用，而且与药物具有良好的配伍。绿色表面活性剂可在微乳剂和气雾剂中做乳化剂，在片剂和丸剂中做润湿剂，用于生物膜模拟及药物科学中，能够对药物进行靶向定位。3.6在食品行业的应用APG作为乳化剂、防腐剂、发泡剂、分散剂、润湿剂、增稠剂、消泡剂等用于食品加工，可有效地改善食品的组织结构、感官性质、口感等。如在冰激凌中加入APG作为乳化剂，使空气容易渗入形成细密的空隙而增大体积，使冰激凌的性质稳定，且口感细腻。3.7在其他方面的应用在纺织业中，绿色表面活性剂可作为纺织品柔软剂，用于棉纱线的煮练和染色等工序中，具有优良的润湿性、乳化性、净洗性及分散性。在丝光和柔软整理中使用，可使处理后的织物滑爽、色泽鲜艳、柔软丰满，使用效果明显优于传统表面活性剂；在造纸业中，可用作符合消泡剂；在合成剂中，可用作乳化剂、分散剂和稳定剂。4结语资源的紧缺以及人类保护意识的加强，将进一步推动了绿色表面活性剂工业的发展。当前，世界表面活性剂市场呈稳定而缓慢的增长趋势，更多新型、性能优良、易生物降解、高效、安全的表面活性剂出现，会给人们的生活和工业生产注入活力。未来表面活性剂工业发展趋向主要是：（1）提高表面活性剂的生物降解性。表面活性剂的可生物降解性将成为未来表面活性剂发展的重要方向，生命周期评价也将成为表面活性剂绿色化过程中的一个重要指标。（2）大力开发和利用天然可再生资源。开发和利用天然脂肪醇、糖类、淀粉等原料制备表面活性剂，可最大限度的降低表面活性剂中的有害物质，使其符合生态和环保要求。（3）反应过程的绿色化。采用绿色原料、催化剂、溶剂以降低表面活性剂在制备过程对环境产生的污染。（4）表面活性剂的功能性和有效性。开发和制备一批具有高效功能性的表面活性剂，具有重要的意义。但是在研究和开发绿色表面活性剂的使用力度，促使我国绿色表面活性剂事业实现高速发展，进而带动我国其他行业的快速发展。参考文献[1]王正武,李干佐,张笑一,等.表面活性剂降解研究进展[M].山东大学胶体与界面化学教育部重点实验室,2001;32-