表面活性剂在化工方面的应用

全国第十八次工业表面活性剂研究与开发会议论文集表面活性剂在化工方面的应用概述孙宁李蓉（中国石油化工集团北京100007）摘要：表面活性剂由于具有润湿或抗粘、乳化或破乳、起泡或消泡以及增溶、分散、洗涤、防腐、抗静电等一系列物理化学作用及相应的实际应用，成为一类灵活多样、用途广泛的精细化工产品。表面活性剂除了在日常生活中作为洗涤剂，其他应用几乎可以覆盖所有的精细化工领域，在石油化工中等其他化工生产中也有应用。关键词：表面活性剂精细化工化妆品化肥药品引言：表面活性剂应用几乎可以覆盖所有的精细化工领域，在石油化工中等其他化工生产中也有应用。1表面活性剂：1.1表面活性剂：表面活性剂(surfactant)，是指具有固定的亲水亲油基团，在溶液的表面能定向排列，并能使表面张力显著下降的物质。表面活性剂的分子结构具有两亲性：一端为亲水基团，另一端为憎水基团；亲水基团常为极性的基团，如羧酸、磺酸、硫酸、氨基或胺基及其盐，也可是羟基、酰胺基、醚键等；而憎水基团常为非极性烃链，如8个碳原子以上烃链。表面活性剂分为离子型表面活性剂和非离子型表面活性剂等。1.2表面活性剂分类：1、阴离子表面活性剂：醇醚硫酸钠AES、十二烷基苯磺酸钠LAS、快T。2、非离子表面活性剂：脂肪醇聚醚AEO、脂肪醇嵌段EOPO聚合物、脂肪酸甲酯乙氧基化物FMEE。3、阳离子表面活性剂：季铵盐化物1227、SN等。4、两性离子表面活性剂：卵磷脂，氨基酸型，甜菜碱型。1.3表面活性剂的作用：1.3.1增溶：要求：CCMC（HLB13~18）临界胶束浓度（CMC）：表面活性剂分子缔合形成胶束的最低浓度。当其浓度高于CMC值时，表面活性剂的排列成球状、棒状、束状、层状/板状等结构。增溶体系为热力学平衡体系；CMC越低、缔合数越大，增溶量（MAC）就越高；温度对增溶的影响：温度影响胶束的形成，影响增溶质的溶解，影响表面活性剂的溶解度Krafft点：离子型表面活性剂的溶解度随温度增加而急剧增大这一温度称为Krafft点，Krafft77全国第十八次工业表面活性剂研究与开发会议论文集点越高，其临界胶束浓度越小浊点：对于聚氧乙烯型非离子表面活性剂，温度升高到一定程度时，溶解度急剧下降并析出，溶液出现混浊，这一现象称为起云，此温度称为浊点。非离子表面活性剂都需要在浊点以下使用，一般常见的非离子表面活性剂的浊点均不超过80℃，但是亦有例外，如墨西哥喜赫石油生产的一种非离子表面活性剂乙氧基化的脂肪酸甲酯FMEE，其浊点接近于100℃。1.3.2乳化作用：亲水亲油平衡值（HLB）：表面活性剂分子中亲水和亲油基团对油或水的综合亲合力。根据经验，将表面活性剂的HLB值范围限定在0-40，非离子型的HLB值在0-20。1.3.3润湿作用：要求：HLB：7-9。使用表面活性剂可以控制液、固之间的润湿程度。农药行业中在粒剂及供喷粉用的粉剂中，有的也含有一定量的表面活性剂，其目的是为了提高药剂在受药表面的附着性和沉积量，提高有效成分在有水分条件下的释放速度和扩展面积，提高防病、治病效果。在化妆品行业中，做为乳化剂是乳霜、乳液、洁面、卸妆等护肤产品中不可或缺的成分。1.3.4助悬作用：在农药行业，可湿性粉剂、乳油及浓乳剂都需要有一定量的表面活性剂，如可湿性粉剂中原药多为有机化合物，具有憎水性，只有在表面活性剂存在的条件下，降低水的表面张力，药粒才有可能被水所润湿，形成水悬液；1.3.5起泡和消泡作用：表面活性剂在医药行业也有广泛应用。在药剂中，一些挥发油脂溶性纤维素、甾体激素等许多难溶性药物利用表面活性剂的增溶作用可形成透明溶液及增加浓度；药剂制备过程中，它是不可缺少的乳化剂、润湿剂、助悬剂、起泡剂和消泡剂等。1.3.6消毒、杀菌：在医药行业中可作为杀菌剂和消毒剂使用，其杀菌和消毒作用归结于它们与细菌生物膜蛋白质的强烈相互作用使之变性或失去功能，这些消毒剂在水中都有比较大的溶解度，根据使用浓度，可用于手术前皮肤消毒、伤口或粘膜消毒、器械消毒和环境消毒；1.3.7去垢、洗涤作用：去除油脂污垢是一个比较复杂的过程，它与上面提到的润湿、起泡等作用均有关。2表面活性剂在化工生产中的应用：2.1在精细化工中的应用2.1.1表面活性剂在化妆品中的应用2.1.1.1皮肤用化妆品：皮肤用化妆品直接涂敷于皮肤上，配制的关键是使其成分与皮肤接近，既能对外界的各种刺激起保护作用，又不妨碍皮肤正常的生理功能。皮肤用化妆品包括膏、霜、蜜、液、乳类化妆品。78全国第十八次工业表面活性剂研究与开发会议论文集1.雪花膏雪花膏是O/W型乳化体，主要成分是水、硬脂酸酯、保湿剂、香料等。雪花膏主要用于面部皮肤，搽在皮肤上，水分挥发后留下一层薄膜，能防止表皮水分过分蒸发，减小外界的刺激，使皮肤滋润而不干燥。2.冷霜冷霜多为W/O型乳化体，涂于皮肤上水分蒸发，吸热而产生凉爽感。冷霜的典型配方是蜂蜡和硼砂作用形成W/O型乳化体。3.奶液（蜜）近年来，由于滋润物质、保湿剂等新原料不断出现，开发了各种高稳定性乳化体，其中流体称为奶液（蜜）（半固体称为膏霜）。奶液比膏霜类化妆品使用方便，能均匀地铺展成薄层，无油腻感，皮肤易适应，可使皮肤光滑柔软。奶液有亲油性奶液和亲水性奶液，虽然成分多类似于膏霜，但油分少得多，使其保持稳定乳化态比霜膏要困难得多，因此表面活性剂在奶液化妆品中起决定作用。4.润肤霜润肤霜中含有的水分介于雪花膏和冷霜之间。润肤霜油水含量平衡，霜体稳定，有润肤剂、营养剂和保湿剂等功能性物质。它既给皮肤适当油分，又能保持水分的调节功能，使皮肤滋润娇嫩，光滑柔软而富有弹性。2.1.1.2发用化妆品：发用化妆品包括洗发、护发、美发类化妆品。1.洗发用品洗发香波是专为洗发用的化妆品，它的主要成分是表面活性剂。使用它洗发时，能从头发和头皮中清除污垢、皮脂和汗水，还能除去油性头发中过量的油分，补充干性头发所需要的油分。好的香波必须具备如下性质：（1）在使用性能方面，应具有良好的洗净能力，有良好的起泡性，使用方便，容易漂洗，对毛发和头皮安全、刺激性小。（2）在调理性能方面，洗后头发爽快松散，有润湿感，易于梳理，防静电，光亮且富有弹性。由于各种功能添加剂的使用，形成了目前种类繁多、琳琅满目的发用香波。2.护发用品护发用品是使头发保持天然、健康和美观而使用的化妆品。护发用品的安全性要好。常用的护发用品有：发油、发乳、头发调理剂、护发素等。表面活性剂在护发用品中起乳化、润湿、渗透、抗静电等作用。3.美发用品79全国第十八次工业表面活性剂研究与开发会议论文集专供卷发、染发等用的化妆品为美发用品。卷发剂由卷发和中和两部分组成，表面活性剂在其中起乳化、润湿和渗透作用。染发剂中的表面活性剂起乳化、渗透等作用2.1.1.3美容化妆品：美容化妆品主要涂敷于面部皮肤和嘴唇，利用色彩变化达到美化效果，也可用于遮盖雀斑、伤痕等皮肤缺陷，具有美化、保护皮肤和满足人心理要求的功能。美容化妆品是将颜料分散在各种基质中制成的。使用的颜料包括滑石、高岭土、云母、二氧化硅、碳酸钙、氧化铁等。基质包括液态石蜡、凡士林、合成酯等油分；甘油、丙二醇等保湿剂以及表面活性剂、防腐剂、抗氧化剂等助剂。美容化妆品有香水类、香粉类、唇膏类、眼用类等化妆品。1.香水类化妆品香水类化妆品有香水、爽身水和收敛水等。为保持身体清洁和皮肤健康涂敷于皮肤表面，使皮肤洁净、湿润适度，并给以良好的刺激，促进皮肤生理功能。在此类化妆品中，表面活性剂起加溶作用。2.香粉类化妆品香粉涂于面颊，可改变脸部颜色，遮掩褐斑、雀斑，防止皮肤油分分泌，使皮肤光滑。香粉中常添加有覆盖剂、润滑剂、吸附剂等，其中使用了大量的无机亲水性粉末，为使这些亲水性物质能很好地分散，并牢固地附着于皮肤表面，必须使这些亲水性表面改性。表面活性剂如脂肪酸皂，可吸附于亲水性粉末表面，使其变为亲油性表面，从而提高香粉稳定性和对皮肤附着力。3.唇膏类化妆品唇膏是女性美容化妆品的核心。唇膏对人体必须无害，对皮肤无刺激，不能有异味，在嘴唇上易溶解、易涂敷、易保留，饮食时不易黏在容器上，在通常的温度和湿度下不变形、不出油、不干裂、不变色。唇膏的原料有油脂、蜡、色料和表面活性剂。油脂和蜡是构成唇膏的基体物料；色料起染色作用；表面活性剂在唇膏中起分散、润湿和渗透作用，能促进色料均匀分散，降低嘴唇皮肤的表面张力，使唇膏易于在嘴唇上均匀铺展，提高色料渗透力，使膏体稳定，并能滋润皮肤。唇膏常用的是非离子表面活性剂，有卵磷脂、甘油脂肪酸酯、蔗糖脂肪酸酯等。4.眼用类化妆品眼用类化妆品涂于眼部、睫毛、眉毛，用以突出眼部立体感和神秘感，增加个人魅力。眼用类化妆品包括眉墨、眼影、睫毛油等。表面活性剂在其中起分散、渗透、乳化等作用。2.1.1.4口腔卫生用化妆品：口腔卫生用化妆品包括牙膏和漱口水。他们能净化口腔，预防龋80全国第十八次工业表面活性剂研究与开发会议论文集齿、牙周炎，使口腔清爽舒适。1.牙膏牙膏由摩擦剂、润湿剂、黏合剂、起泡剂、增稠剂、甜味剂、稳定剂、药物、香料和水等组成。牙膏中的表面活性剂起着重要的作用。表面活性剂的起泡作用使牙膏中各种有效物扩散到口腔各个角落和牙齿缝隙，并渗入黏附于牙齿表面的沉积物中，减少污垢与牙齿的黏附力而被清除；表面活性剂的吸附和润湿作用能增大污垢在牙齿表面上的接触角和水溶性，使污垢易于脱落；表面活性剂的分散乳化作用使牙膏中功能性物质均匀扩散。因此，要求牙膏中使用的表面活性剂除垢性强、泡沫丰富、易于漱净。2.漱口水漱口水的主要功能是清洁口腔，除去腐败发酵的食物残渣，抑制产生恶臭的微生物。漱口水由醇、润湿剂、香料和表面活性剂组成。表面活性剂用来加溶香精油，除去口腔内食物残渣，杀菌。2.1.2表面活性剂在涂料中的应用2.1.2.1润湿分散剂：颜料的研磨与分散过程是制造涂料的主要工序，大约80%的电能和工时消耗在该工序上。选择合适的颜料润湿分散剂，可以缩短工时，得到颜料分散程度均匀一致的色浆，提高涂料的贮存稳定性，改善涂膜状态，提高紫外线的吸收和反射能力，增加颜料的耐候性和耐化学药品性。1、为了获得良好的涂料分散体系，可以使用某些表面活性剂来增强颜料的润湿和稳定作用。表面活性剂能吸附在颜料表面，从而改变颜料的表面性能，使颜料的润湿和分散过程容易进行。润湿是改变颜料表面性能的过程，除掉表面吸附的水和空气，改变其极性，降低液-固之间界面张力和接触角，增加颜料和漆料的亲合力，缩短颜料在漆料中的研磨分散时间，通过粉碎形成颜料细小颗粒的悬浮体。在无外力作用下，要保持颗粒稳定的分散状态，就必须加入一定量的分散剂，分散剂吸附在颜料微粒的表面，通过形成双电层、物理屏蔽作用、氢键作用、偶极作用，防止分散了的颜料粒子再度聚集，使其在分散体系中处于稳定的悬浮状态。润湿剂和分散剂的作用有时很难区分，同一种产品常兼具润湿和分散双重作用。2、润湿分散剂的种类：不同类型的涂料，所用的润湿分散剂分子结构也不相同，其中水性涂料和溶剂型涂料所用润湿分散剂最具代表性。（1）水性涂料用润湿分散剂水性涂料是以水为溶剂或分散介质的涂料。在制备这类涂料的过程中，若采用多种颜料，常因其物理性质差别较大，制得的浆料靠强烈搅拌也只能暂时分散均匀，在贮存和使用过程中常发生颜料沉淀和浮色等现象，为解决这些问题，就需要在81全国第十八次工业表面活性剂研究与开发会议论文集涂料制备过程中加入表面活性剂，以提高体系分散稳定性。在水性涂料中使用的润湿剂包括阴离子型、阳离子型、非离子型表面活性剂。阴离子型表面活性剂有：二烷基（辛基、丁基、己基）磺基琥珀酸盐、蓖麻油硫酸化合物、十二烷基磺酸钠、烷基萘磺酸钠、硫酸月桂脂、油酸丁基酯硫酸化合物等；阳离子型表面活性剂有：烷基吡啶盐氯化物等；非离子型表面活性剂有：烷基苯酚聚氧乙烯醚、烷基聚氧乙烯醚、聚氧乙烯乙二醇烷基醚、脂肪酸甲酯乙氧基化物FMEE等。分散剂包括阴离子型、阳离子型、非离子型表面活性剂。阴离子型表面活性剂有：烷基磺基琥珀酸盐、烷基苯磺酸盐、烷基萘磺酸盐、脂肪酸胺衍生物硫酸酯、蓖麻油硫酸化合物等；阳离子表面活性剂有：烷基吡啶鎓氯化物、三甲基硬脂酸酰胺氯化物等；非离子