浅谈非离子表面活性剂的特点与应用-喜赫化工

喜赫石油-FMEE，FMES，EDDHA-Na唯一供应商浅谈非离子表面活性剂的特点与应用-喜赫化工(上海喜赫精细化工有限公司上海金山化学工业区)摘要：表面活性剂的类型较多，应用很广，涉及到人类活动的各个领域，因此表面活性剂的生产也是衡量一个国家化工发展的水平。我国是生产表面活性剂大国，是目前仅次于美国的第二大表面活性剂生产国家。本文重点阐述了表面活性剂里面的一个重要品种-非离子表面活性剂，列出了目前使用较多的几种非离子表面活性剂的性能、特点、应用等。关键词：非离子表面活性剂；化工；性能；应用ApplicationandCharacterofnon-ionicsurfactantLIUHe(XiheShanghaiChemicalsco.Ltd.Shanghai201108China)Abstracts：Theyarealottypesofsurfactants,whichhasaverybroadapplication,involvingallareasofhumanactivity,sothesurfactant’sproductionstandsforthedevelopmentlevelofacountry’schemicalindustry.Ontheotherhand,Ourcountryisagreatcountryofproductionofsurfactant,secondonlytotheUnitedStates,whichissecondbigsurfactantproducingcountries.Thispaperfocusesonsurfactantwhichisanimportantbreed-non-ionicsurfactant,alistofthecurrentseveralpopularnonionicsurfactantproperties,characteristics,applicationfeatures.Keyword:nonionic-surfactant;chemistry;property;application表面活性剂因其能显著降低物质界面张力而广泛应用于纺织、皮革、日化、农业、油田、采矿以及建筑等各个领域，是许多工业部门不可或缺的化学助剂。表面活性剂用量虽小，但作用很大，主要分为阴离子类型、非离子类型、阳离子类型和两性类型表面活性剂【1】。在以上四种表面活性剂，非离子表面活性剂是最重要的一类原料。非离子表面活性剂和阴离子类型相比较，乳化能力更高，具有优异的润湿和洗涤功能，有一定的耐硬水能力又可与其它离子型表面活性剂共同使用，是净洗剂、乳化剂配方中不可或缺的成分。当然，与阴离子表面活性剂相比，非离子表面活性剂也存在一些缺陷，如浊点限制、不耐碱、价格较高等。非离子表面活性剂种类相对较少，只占到所有表面活性剂种类的25%左右，本文综述了几种最常见的非离子型表面活性剂。1非离子表面活性剂的类型及特点非离子表面活性剂主要分为聚氧乙烯醚类、多元醇酯类、酰胺类以及嵌段聚醚类四种类型。1.1聚氧乙烯醚类非离子表面活性剂1.1.1伯醇聚氧乙烯醚（AEO）喜赫石油-FMEE，FMES，EDDHA-Na唯一供应商是非离子表面活性剂中发展最快、用量最大的一个品种，一般由单一直链伯醇结构的脂肪醇，如月桂醇、10碳油醇、十八碳醇等，以NaOH、LiOH等碱性物质作为催化剂，与一定mol比环氧乙烷在真空条件下加热合成，AEO聚醚环氧乙烷加成mol数是一个范围，因此是环氧乙烷加成数不同的多种聚氧乙烯醚的混合物。成品AEO的脂肪醇残余较低，环氧乙烷分布较窄【2】。AEO具有低起泡性，高分散能力，对悬浮液及乳状液的分散，乳化稳定有特效。AEO的溶解性能可以从完全油溶性（O/W）到完全水溶性（W/O），其亲水或亲油溶解特性取决于环氧乙烷的加成的摩尔数。亲水性随EO含量的增加明显提高，浊点、HLB值、比重和粘度随环氧乙烷含量的增加而增大。AEO系列一个显著特点就是在50%-70%的水溶液中有很高的粘度，甚至生成凝胶体，特别是亲水性大分子量的产品，容易凝胶化这也是AEO产品在使用时的一个缺陷，一般可以通过添加醇类如山梨醇、乙二醇单丁醚等解决凝胶现象。1.1.2仲醇聚氧乙烯醚（SEO）仲醇聚氧乙烯醚是12-14碳的二级仲醇结构的醇醚，SEO具有高流动性、低粘度、低倾点、窄凝胶分布、高渗透性能等特点【3】。因不含游离脂肪醇醇而无醇和醚的刺激气味，SEO对皮肤和眼睛的刺激指数也很低。与其它类型醇醚相比，最大的优点是低温条件下仍然具有流动性，渗透性能也优于AEO伯醇系列。与伯醇聚醚AEO的碱性催化生产不同，SEO仲醇聚醚是在酸性催化剂存在条件下，将3mol环氧乙烷加人到1mol仲醇中，以获得EO数为3的SEO-3。SEO-3的生产过程一般采用意大利BUSH设备，连续喷雾式生产。大于3摩尔的仲醇乙氧基化物是在SEO-3的基础上，在碱性催化剂条件下继续加人环氧乙烷而获得的，该生产过程根据最终产物的不同而采取连续的或间歇反应釜的生产方式。SEO具有较高的生物降解能力,对生态的危害性要比AEO低，SEO中游离醇含量低因此对皮肤的刺激性远低于AEO。在鱼毒性检测中，SEO的毒理性数据也低于AEO，因此，无论是针对于人类皮肤还是自然环境，SEO毒性均比AEO小。仲醇聚氧乙烯醚SEO一个生产的缺陷是成品中残余的未反应的仲醇较多，仲醇残余量高达20%以上，从而导致产品的乳化、除油、净洗等功能下降。1.1.3支链化异构格尔伯特醇醇醚（ISO-AEO）在脂肪醇聚醚系列中，支链化产品则具有许多特殊的优良性能，特别是乳化与净洗方面，喜赫石油-FMEE，FMES，EDDHA-Na唯一供应商表现出了优异的效果。尤其是异构十三碳格尔伯特醇醇系列产品，各种性能出众。支链化异构醇醚的结构主要有2-甲基、2-乙基、2-丙基三种支链类型，支链含量一般在40%左右，这种支链的结构使产品具有更高的净洗性能【4】。但是这种支链结构也同时带来一些缺点，比如支链化后低温流动性大幅度降低，低温条件下使用较为麻烦。目前支链化的异构格尔伯特醇醚主要有BASF的LUTENSOL系列、SASOL的MULTSLO系列以及SHELL的NEODOL系列，。1.1.4烷基苯酚聚氧乙烯醚（APEO）烷基酚聚氧乙烯醚是通过烷基酚和环氧乙烷加成反应制得，由于苯酚是弱酸性物质，其反应活泼性大于脂肪醇，所以生成的加成物速度快，产物中不含游离苯酚。烷基酚聚氧乙烯醚的酚羟基对位连接的烷基碳链长度通常在8或9个碳原子，低碳支链的烷基结构提高了水溶性和洗涤效能，对酸、碱及氧化剂、还原剂都较稳定，成本也较低【5】。烷基酚的聚氧乙烯醚主要有TX、NP、OP三个型号，其中TX与NP是同一类的产品，为壬基酚的聚氧乙烯醚，OP则是辛基酚的聚氧乙烯醚。两种烷基酚醚的区别在于OP为14碳的碳链，TX/NP多出一个碳，为15个碳的碳链。OP的乳化性和渗透性能好于TX/NP，分散性能差于TX/NP。OP的浊点和HLB值均高于TX/NP，OP的泡沫要低于TX/NP。具体在应用方面，OP更适合做乳化剂和较高温度条件下使用。TX/NP适合温度低的条件下使用，性能更加全面，多用于净洗领域。最后，OP的价格远远高于NP/TX的价格。烷基酚聚氧乙烯醚虽然含有毒性激素、对环境不友好，但是其乳化净洗效果还是相当出众，在农业、工业硬表面清洗等不要求APEO的领域，仍然发挥巨大作用。目前生产烷基酚聚氧乙烯醚的厂商较多，陶氏、汉姆等国外公司有较大的产量，甚至出现了进口产品比国产的价格还便宜的现状。1.1.5脂肪酸甲酯聚氧乙烯醚FMEE根据脂肪酸甲酯的结构不同，主要分为两种：一种是天然棕榈酸甲酯或天然椰油酸甲酯聚氧乙烯醚，另一种是硬脂酸甲酯聚氧乙烯醚，前者是以价格低廉的棕榈酸、椰油酸等为原料，属于绿色表面活性剂，在日化领域，特别是沐浴露以及洗面奶等产品有较大优势。但是该天然类型的FMEE净洗能力较差，远远不及AEO系列。目前天然类型的棕榈酸类FMEE仅仅属于研发热点，但并没有规模化的生产与应用。另一类FMEE是以硬脂酸甲酯为原料的聚氧乙烯醚，完全是石油衍生品，不属于绿色表喜赫石油-FMEE，FMES，EDDHA-Na唯一供应商面活性剂范畴。但是该类FMEE却具有极佳的净洗能力，其乳化性能次于异构醇醚和烷基酚聚醚系列，优于直链AEO系列和仲醇SEO系列，同时具有极佳的分散性能、高浊点、低泡沫特性。FMEE与其它醇醚产品比较，一个显著的特点就是各种性能均衡，可以将FMEE作为成品单独去使用，使用较为方便【6】。1.1.6脂肪酸聚氧乙烯酯脂肪酸聚氧乙烯酯一般是由脂肪酸与一定mol比例的环氧乙烷加成反应而生成，其通式为RCOO-(CH2CH2O)nH。依环氧乙烷加成mol数的变化，聚氧乙烯脂肪酸可以由完全油溶性到完全水溶性的变化范围，但脂肪酸聚氧乙烯酯溶解性比醇醚略差。通常加成18molEO的产品是油溶性的，加成12-15molEO时在水中分散或溶解。对同一结构的脂肪酸，加成EO的mol数越多，比重越大，粘度越高，流动性也越差。脂肪酸聚氧乙烯酯类化合物的商品名称为吐温系列，在常温下的强酸和强碱溶液中均可发生水解，在硬水中容易形成钙皂，影响其应用。脂肪酸聚氧乙烯酯与脂肪醇醚和烷基酚醚相比润湿、去污和发泡力均比较差，但它成本低，泡沫少，与各种助剂复合可以配制多种民用和工业用清洗剂，在金属加工中特殊乳化剂、柔顺剂和冷却润滑的添加剂【7】.1.1.7聚氧乙烯脂肪胺化合物通过脂肪胺的聚氧乙烯化，可以制备多种商业化产品。聚氧乙烯脂肪基胺表面活性剂有阳离子表面活性剂的性质，但随着环氧乙烷碳链个数的增加逐渐体现非离子表面活性剂的性质。也会根据pH值不同显示不同的离子性质，碱性或中性介质中呈非离子型,而在酸性介质中呈阳离子型。脂肪胺类聚氧乙烯醚以其弱阳离子特性使之在羊毛染色和农药乳油配方中用途广泛，它能用作毛发润湿剂和抗菌除臭剂，也可用于促进水溶性组分的吸收、渗透和附着等。1.2多元醇酯类非离子表面活性剂多元醇的酯类也是非离子表面活性剂中应用较为广泛、产量较大的一个品种，是由多元醇与脂肪酸直接酯化反应生成的产品，分子中以酯基作为疏水基，其余未反应的羟基（-OH）作亲水基的一类表面活性剂，多元醇的酯类一般不具有净洗性能，更多地用于特殊领域的乳化、食品增稠、微乳液聚合、农药增效等领域【8】。1.2.1烯基乙二醇酯主要分为乙烯乙二醇（EG），聚乙烯乙二醇（PEG），丙烯乙二醇（PG）的单酯、多酯。喜赫石油-FMEE，FMES，EDDHA-Na唯一供应商分子结构中烯基具有良好亲水和对称性，使烯基乙二醇酯易分散于水，具有良好的柔软、抗静电、芳香、平滑等性能，根据其酯化度和原料PEG聚合度的不同，产品的表面活性和亲水性大小HLB有所变化，可用于印花增稠剂、纺织纱线浆料、各种乳化剂或香波用的珠光剂等。PG酯多用作食品添加剂和糕点起泡剂，具有凝固点低，流动性好，无挥发性，抗臭氧等特点。1.2.2甘油酯通常指由甘油和不同的脂肪酸（包括饱和脂肪酸和不饱和脂肪酸）经酯化所生成的酯类表面活性剂。根据生产所用脂肪酸的不同，可分为甘油一或单（脂肪）酸酯C3H5(OH)2(OCOR)、甘油二（脂肪）酸酯C3H5(OH)(OCOR)2和甘油三（脂肪）酸酯C3H5(OCOR)3。其中最重的是甘油三酸酯（甘油三酯），如甘油三油酸酯、甘油三16碳软脂酸酯和甘油三18碳硬脂酸酯【9】。单甘油酯的HLB值较低，在水中基本不能溶解，经乳化后可形成W/O型乳液。高纯度单甘油酯可作食品添加剂和食品乳化剂。C8-C12的三甘油酯具有耐氧化、溶解力好、粘度低特点，被用作食品香料的溶剂和香料保香、增香剂，咖啡助溶剂、化妆品用乳化剂。1.2.3山梨醇酯山梨醇酯一般是分子内失水生成失水山