簡介

表面活性劑(surfactant)，是指加入少量能使其溶液體系的界面狀態(tài)發(fā)生明顯變化的物質(zhì)，它由兩種截然不同的粒子形成的分子，一種粒子具有極強(qiáng)的親油性，另一種則具有極強(qiáng)的親水性。溶解于水中以后，表面活性劑能降低水的表面張力，并提高有機(jī)化合物的可溶性。

兩類結(jié)構(gòu)與性能截然相反的分子碎片或基團(tuán)分處于同一分子的兩端并以化學(xué)鍵相連接，形成了一種不對(duì)稱的、極性的結(jié)構(gòu)，因而賦予了該類特殊分子既親水、又親油，但又不是整體親水或親油的特性。表面活性劑的這種特有結(jié)構(gòu)通常稱之為“雙親結(jié)構(gòu)”（amphiphilic structure），表面活性劑分子因而也常被稱作“雙親分子”。根據(jù)所需要的性質(zhì)和具體應(yīng)用場合不同，有時(shí)要求表面活性劑具有不同的親水親油結(jié)構(gòu)和相對(duì)密度。通過變換親水基或親油基種類、所占份額及在分子結(jié)構(gòu)中的位置，可以達(dá)到所需親水親油平衡的目的。

分類

表面活性劑的分類方法很多，根據(jù)疏水基結(jié)構(gòu)進(jìn)行分類，分直鏈、支鏈、芳香鏈、含氟長鏈等；根據(jù)親水基進(jìn)行分類，親水基團(tuán)常為極性基團(tuán)，如羧酸、磺酸、硫酸、氨基或胺基及其鹽，羥基、酰胺基、醚鍵等也可作為極性親水基團(tuán)。有些研究者根據(jù)其分子構(gòu)成的離子性分成離子型、非離子型等，還有根據(jù)其水溶性、化學(xué)結(jié)構(gòu)特征、原料來源等各種分類方法。但是眾多分類方法都有其局限性，很難將表面活性劑合適定位，并在概念內(nèi)涵上不發(fā)生重疊。

人們一般都認(rèn)為按照它的化學(xué)結(jié)構(gòu)來分比較合適。即當(dāng)表面活性劑溶解于水后，根據(jù)是否生成離子及其電性，分為離子型表面活性劑和非離子型表面活性劑。

1、陰離子表面活性劑：硬脂酸，十二烷基苯磺酸鈉SDBS。系高級(jí)脂肪酸的鹽，通式：(RCOO-）nM。脂肪酸烴R一般為11-17個(gè)碳的長鏈，常見有硬脂酸、油酸、月桂酸。根據(jù)M代表的物質(zhì)不同，又可分為堿金屬皂、堿土金屬皂和有機(jī)胺皂。它們均有良好的乳化性能和分散油的能力。但易被破壞，堿金屬皂還可被鈣、鎂鹽破壞，電解質(zhì)亦可使之鹽析。

2、陽離子表面活性劑：季銨化物，例如十六烷基三甲基溴化銨CTAB。其分子結(jié)構(gòu)主要部分是一個(gè)五價(jià)氮原子，所以也稱為季銨化合物。其特點(diǎn)是水溶性大，在酸性與堿性溶液中較穩(wěn)定，具有良好的表面活性作用和殺菌作用。

3、兩性離子表面活性劑：卵磷脂，氨基酸型，甜菜堿型

4、非離子表面活性劑：脂肪酸甘油酯，脂肪酸山梨坦（司盤），聚山梨酯（吐溫）。非離子表面活性劑溶于水時(shí)不發(fā)生解離，其分子中的親油基團(tuán)與離子型表面活性劑的親油基團(tuán)大致相同，其親水基團(tuán)主要是由具有一定數(shù)量的含氧基團(tuán)（如羥基和聚氧乙烯鏈）構(gòu)成。由于非離子表面活性劑在溶液中不是以離子狀態(tài)存在，所以它的穩(wěn)定性高，不易受強(qiáng)電解質(zhì)存在的影響，也不易受酸、堿的影響，與其他類型表面活性劑能混合使用，相容性好，在各種溶劑中均有良好的溶解性，在固體表面上不發(fā)生強(qiáng)烈吸附。

HLB

HLB值（Hydrophile-Lipophile Balance Number）稱親水疏水平衡值，也稱水油度。1949年由 W.C.Griffin 率先提出HLB值論點(diǎn)，說明表面活性劑分子中的親水基團(tuán)與親油基團(tuán)的平衡關(guān)系。在HLB中H”Hydrophile” 表示親水性，L為”Lipophilic”表示親油性，B是”Balance”表示平衡的意思。

HLB=親水基的親水性/親油基的親油性

表面活性劑的親油或親水程度可以用HLB值的大小判別，HLB值越大代表親水性越強(qiáng)，HLB值越小代表親油性越強(qiáng)，1949 年 Griffin 提出了 HLB 值的概念,將非離子表面活性劑的HLB值的范圍定為 0~20，將疏水性最大的完全由飽和烷烴基組成的石蠟的HLB值定為0，將親水性最大的完全由親水性的氧乙烯基組成的聚氧乙烯的HLB值定為20，其他的表面活性劑的 HLB 值則介于0～20之間。HLB值越大，其親水性越強(qiáng)，HLB值越小，其親油性越強(qiáng)。親水親油轉(zhuǎn)折點(diǎn)HLB為10。HLB小于10為親油性，大于10為親水性。

1~3作消泡劑；3~6作W/O型乳化劑；7~9作潤濕劑；8~18作O/W型乳化劑；13~15作去污劑；15~18作增溶劑。

水溶解性法是估計(jì)HLB約值的常用方法，十分簡便快捷。加入到水中后的性質(zhì) HLB值范圍：不分散 1~4；分散不好 3~6；激烈震蕩后成乳狀分散體 6~8；穩(wěn)定的乳白色分散體 8~10；半透明至透明分散體 10~13；透明溶液 >13。

膠束

表面活性劑溶于水中，當(dāng)其濃度較低時(shí)呈單分子分散或被吸附在溶液的表面上而降低表面張力。當(dāng)表面活性劑的濃度增加至溶液表面已經(jīng)飽和而不能再吸附時(shí)，表面活性劑的分子即開始轉(zhuǎn)入溶液內(nèi)部，由于表面活性劑分子的疏水部分與水的親和力較小，而疏水部分之間的吸引力較大，當(dāng)達(dá)到一定濃度時(shí)，許多表面活性劑分子（一般50~150個(gè)）的疏水部分便相互吸引，締合在一起，形成締合體，這種締合體稱為膠團(tuán)或膠束，膠團(tuán)有各種形狀，如球形，層狀，棒狀。

臨界膠束濃度CMC

表面活性劑的表面活性源于其分子的兩親結(jié)構(gòu)，親水基團(tuán)使分子有進(jìn)入水中的趨勢(shì)，而憎水基團(tuán)則竭力阻止其在水中溶解而從水的內(nèi)部向外遷移，有逃逸水相的傾向。這兩種傾向平衡的結(jié)果使表面活性劑在水表富集，親水基伸向水中，憎水基伸向空氣，其結(jié)果是水表面好像被一層非極性的碳?xì)滏溗采w，從而導(dǎo)致水的表面張力下降。

表面活性劑在界面富集吸附一般的單分子層，當(dāng)表面吸附達(dá)到飽和時(shí)，表面活性劑分子不能在表面繼續(xù)富集，而憎水基的疏水作用仍竭力促使基分子逃離水環(huán)境，于是表面活性劑分子則在溶液內(nèi)部自聚，即疏水基聚集在一起形成內(nèi)核，親水基朝外與水接觸形成外殼，組成最簡單的膠團(tuán)。而開始形成膠團(tuán)時(shí)的表面活性劑的濃度稱之為臨界膠束濃度，簡稱CMC。

當(dāng)溶液達(dá)到臨界膠束濃度時(shí)，溶液的表面張力降至最低值 ，此時(shí)再提高表面活性劑濃度，溶液表面張力不再降低而是大量形成膠團(tuán)，此時(shí)溶液的表面張力就是該表面活性劑能達(dá)到的最小表面張力，用CMC表示。

低泡表面活性劑的種類與性能介紹

1. 表面活性劑泡沫形成原因
當(dāng)表面活性劑和水混合時(shí)，親水性的一端會(huì)溶于水中，疏水基的一端則會(huì)脫離水，聚集在水面。在水面的表面活性劑，疏水基會(huì)離開水面，進(jìn)入空氣中，親水基溶于水，并排在水面上。當(dāng)攪動(dòng)水時(shí)，會(huì)將空氣進(jìn)入水中，此時(shí)疏水基會(huì)包住空氣，成為汽泡。一般而論，陰離子和陽離子表面活性劑泡沫最高，非離子表面活性劑泡沫相對(duì)低些。

在大多數(shù)的工藝?yán)锩?，泡沫帶來的都是?fù)面影響，就是說我們追求的低泡和無泡的表面活性劑。但在某些領(lǐng)域，卻恰恰相反，如日用化學(xué)品，沐浴露洗面奶等，追求的就是泡沫多，泡沫細(xì)膩；再如造紙脫墨領(lǐng)域的浮選脫墨，也需要表面活性劑有良好的發(fā)泡性能。

2. 具有清洗功能的低泡表面活性劑
在討論低泡表面活性劑時(shí)，必須先說明使用的條件、工藝等，表面活性劑的泡沫除了與自身結(jié)構(gòu)有關(guān)，還與水的硬度、使用溫度、酸堿pH值、壓力等有諸多聯(lián)系。

2.1 肥皂
肥皂在硬水的使用條件下，可以稱之為低泡沫的表面活性劑。有些時(shí)候可以用肥皂來檢驗(yàn)和區(qū)分軟水和硬水，泡沫多的為軟水，泡沫少的為硬水。主要是因?yàn)樵谟菜锩?，肥皂?huì)結(jié)合鈣鎂離子形成不溶于水的鈣皂或鎂皂，在泡沫的表面容易形成缺口，導(dǎo)致泡沫破裂。

2.2 脂肪醇的EO/PO嵌段的聚氧乙烯醚
眾所周知，脂肪醇與EO（環(huán)氧乙烷）縮合加成，即AEO系列，引入親水性的EO基團(tuán)，會(huì)獲得極佳的潤濕、乳化、凈洗以及高泡沫的性能。而PO環(huán)氧丙烷則是憎水基團(tuán)，引入環(huán)氧丙烷可以有效的降低所形成的泡沫表面的表面張力，導(dǎo)致泡沫破裂并消失。但是引入PO不可避免的降低EO的含量，從而降低表面活性劑的乳化、分散等去污性能。所以對(duì)于EOPO嵌段聚醚，其乳化、分散等凈洗功能與低泡必定是相互矛盾的。泡沫越低，其它性能就會(huì)越差。

2.3 脂肪酸甲酯乙氧基化物及其衍生物
脂肪酸甲酯，特別是18碳的硬脂酸甲酯，本身也是一種消泡劑，所以18碳硬脂酸甲酯為原料的表面活性劑也相應(yīng)的會(huì)具有低泡沫的性能，并且這種低泡的性能不像EOPO嵌段聚醚是以損失其凈洗性能為代價(jià)的，因此是頗有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值的低泡沫凈洗劑。

2.4 低碳鏈的脂肪醇醚及其衍生物
低碳鏈的脂肪醇具有一定的消泡功能，因此，以低碳鏈脂肪醇為原料的表面活性劑，也相應(yīng)的具有低泡沫的特性，最常見的為異辛醇聚氧乙烯醚、異辛醇的磷酸酯和異辛醇醚的磷酸酯都具有低泡沫的特性。但是低碳鏈的脂肪醇衍生物往往只具有滲透性，其它的性能則較差，從而限制了其應(yīng)用范圍。

參考資料
1. 百度百科，“表面活性劑”詞條，http://baike.baidu.com/view/277778.htm
2. Wikipedia，“surfactant”, http://en.wikipedia.org/wiki/Surfactant
3. 小木蟲論壇，“低泡表面活性劑的種類與性能介紹”，作者: beida1boshi http://emuch.net/html/201203/3959920.html