表面活性剂的应用进展.doc

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1、【精品文档】如有侵权，请联系网站删除，仅供学习与交流表面活性剂的应用进展.精品文档.表面活性剂的应用进展综述化学工程 2012708009 孙德坡摘要 表面活性剂是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。表面活性剂的特殊分子结构，所具有的的特殊物理化学性质，使其在纺织印染、石油开采、环境保护、中药成分提取、农业生产、日用化学品、金属防腐蚀、分离技术、食品添加剂等各个领域都有极大的应用。另外，近年来随着新型表面活性剂的研究的深入，新型表面活性在生命科学、能源科学、信息材料以及许多现代高新技术领域中发挥着重要作用。关键词 表面活性剂 应用1 前言 表面活性剂素

2、有“工业味精”的美称。表面活性剂分子在溶液中和界面上可以自组装形成具有超分子结构的分子有序组合体，属于微观与宏观之间的介观世界。表面活性剂是在浓度很低时就能显著降低溶剂的表面张力的物质。表面活性剂具有特殊的分子结构，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、氨基等，或是羟基、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。 表面活性剂有润湿、铺展、杀菌、起泡、乳化、增溶、分散和洗涤等重要功能。表面活性剂最初用于洗涤，而进入20世纪以来，随着清洁标注的提高和洗涤习惯的发展，表面活性剂市场以惊人的速度在成长。20世纪30-40年代，表面活性剂的非

3、洗涤剂工业应用开始进入了早期快速发展时期，随后逐渐发展成为在纺织印染、石油开采、环境保护、中药成分提取、农业生产、日用化学品、金属防腐蚀、分离技术、食品添加剂等各个传统领域有的极大的应用，甚至随着新型表面活性剂的研究深入，在生命科学、能源科学、信息材料以及许多现代高新技术领域中发挥着重要作用。2 表面活性剂在传统领域的应用2.1 纺织印染1表面活性剂的分散、润湿、乳化、泡沫、增溶、洗涤、抗静电等性能对纺织印染加工十分重要。纺织印染工业原料包括棉、麻、丝、毛等天然纤维及合成纤维。为了提高织物的各项性能和质量，需要加入各种辅助化学助剂。织物纺织行业中用到的表面活性剂品种已达到3000多种，主要应用

4、于前处理助剂、印染助剂及后整理助剂中。 表面活性剂不同阶段有不同的作用。在原材料前处理，如棉布的退浆和煮练、羊毛的脱脂和洗呢、生丝的脱胶、合成纤维的脱油、织物染色和印花后清除未固色的燃料等工序，都需要使用洗净剂；在印染阶段，为防止染色不均匀或染斑，需要加入匀染剂；为了提高染色的湿牢度，通常在染色后使用助剂进行固色处理，使用固色剂；在后整理阶段为了使织物具有持久的爽滑柔软手感，需要使用柔软剂；为了使各种物理乳化方法容易进行，使乳液的稳定性提高，使用的乳化剂；为消除或防止纺织过程中各工序中产生的静电和在织物整理工序时或使用过程中的静电，使用抗静电剂。2.2 石油开采234 石油开采过程分一次采油、

5、二次采油和三次采油。一次、二次采油均为物理方法采油，通常可采出30%-40%的原油，三次采油通过强化采油措施，可使原油采收率提高到80%-85%。为了缓解能源危机，三次采油在石油生产中相当重要。三次采油是化学驱，而表面活性剂在化学驱中占有绝对重要地位。三次采油中阴离子型表面活性剂应用最为普遍，其中以石油磺酸盐和烷基苯磺酸盐为最多；非离子表面活性剂常与磺酸盐类表面活性剂复配使用，可提高磺酸盐表面活性剂抗二价阳离子能力；Gemini型表面活性剂与其他表面活性剂复配使用在三次采油中表现出优异的性能。表面活性剂通过增溶、润湿、起泡消泡、分散凝絮等作用，溶解原油并有效地冲洗掉粘附于地层表面的原油、改变岩

6、石表面的润湿性、对非均质油藏的驱油、表面活性剂的循环使用等明显的提高了石油开采的的采油率。2.3 环境保护56近年来，环境问题日益突出，人们的生活逐渐被环境污染问题所包围。造成环境污染主要原因之一是工业生产中对“三废”的处理不能满足需求或代价太高。表面活性剂应用和超滤相结合的胶团强化超滤技术(MEUF)，可以有效地去除工业废水中的低浓度金属离子和溶解性小分子有机物，该方法能耗低，工艺简便，有较好的应用前景。 在污水处理过程中产生的沉淀物质以及从污水表面漂出的浮沫中所得的残渣称为污泥。污泥是一种天然有机肥，其中不但含大量有机物，同时还含有大量能够促进农作物生长的氮、磷、钾及其他微量元素。但是污泥

7、中含有大量的病原微生物、寄生虫及铜、锌、镉、镍、铅、汞等重金属，因此科学合理的去除或降低其中的有害物质，减少其负效应而充分发挥其正效应, 使污泥回归于自然环境, 减少对环境的恶化。在污泥中添加低浓度Tween-80 可以促进微生物降解污泥中有机质，并促进污泥中重金属的解离。高浓度的Triton X-100 能较好的分解污泥中Zn、Cd 。2.4 中药成分的提取7 国内外提取中草药化学成分的方法主要采用热提取法(煎煮法，回流提取法)和浸泡提取法(渗流法、冷浸法)等常规提取法。但是这两种方法溶剂使用量很大、耗时较长，容易破坏中草药中的热敏成分和氧化成分，提取效率也很低。为了避免这些情况，超临界流体

8、提取法、常温超高压提取法、加速溶剂提取法、微波辅助提取法、超声波提取法、大孔树脂吸附等提取新技术日趋成熟。传统的液-液萃取存在诸多缺点，如需易对环境造成污染(经常使用大量高纯和有毒的有机试剂)、操作繁琐、富集倍数低等。近年来出现了一种新兴的液-液萃取技术，即浊点萃取。浊点萃取，通过表面活性剂胶束水溶液的溶解性、改变试验参数等条件引发相分离，将亲水性物质与疏水性物质分离。该方法操作方法简单；萃取效率很高，应用范围较广，富集因子较大；易于和仪器分析方法联用；是环境友好型方法。常用的表面活性剂是对叔辛基苯基聚己二醇醚(TritonX-114)，其次是正烷基苯基聚己二醇醚PONPE7.5。研究使用Tr

9、itonX-100进行浊点萃取实验，并添加NaCl饱和溶液使浊点降低，以提高萃取效果。2.5 农业生产8 表面活性剂在农业生产中的应用主要是农药剂型的研究。在农药中添加表面活性剂，在喷药期间可通过改变药液的表面张力，而药液表面张力的大小又直接影响叶面的接触角，从而直接影响农药在植物体表面尤其叶面分布以及液滴在叶面上的位置和液滴大小，通过改善农药在植物叶表面分布和附着，达到增加农药在植物表面的滞留量、延长滞留时间和提高对植物表皮穿透能力的目的，从而提高了农药的生物活性，降低使用剂量。在实际应用中，正是通过增加药液与作物的接触面积，增强植物吸收，提高药液的利用率。农药中常用的表面活性剂有油悬浮剂、

10、乳化剂、分散剂。油悬浮剂的选择要求溶剂闪点高、毒性和挥发性低；乳化剂选择要求，对油相分散介质、有效成分乳化、分散如何，将直接影响到有效成分药效的发挥，同时还要求所加的乳化剂不能影响制剂在贮存期内的稳定性；分散剂的选择要求，使油悬剂已分散的粒子保持其单独状态，消除聚集和凝聚，增加制剂的稳定性，使其在贮存过程中不发生凝聚和结底现象，同时使用时经水稀释后分散、悬浮的稳定，达到改善制剂的稀释液在靶标上的润湿和展着。2.6 日用化学品9 日用化学品常分为家居清洁护理用品(厨房、卫生间、地板、家具用清洁护理等)、衣物洗涤用品(洗衣粉(液)、柔顺剂等)以及个人洗护用品(香波、浴液、洗手液等)。在日用化学品中

11、，阳离子表面活性剂，阴离子表面活性剂，两性表面活性剂，非离子表面活性剂常复配使用。配方比主要是由所需产品的性能决定。日用化学品常用的几种特殊表面活性剂对产品的性能有特殊的作用。绿色表面活性剂烷基糖苷APG是新日化产品最理想的原料，APG作为迄今技术最成熟，产量规模最大的天然源绿色非离子表面活性剂，可以说在安全性和环保方面，几乎无任何其他表面活性剂可与其媲美，而且它们具有的出色性能，使它应用几乎所有的日用化学品，是符合当今国际市场潮流和消费需求的绿色产品。另外醇醚羧酸盐对皮肤和眼的刺激性很小、适用pH范围宽、对酸、碱、氯较为稳定、生物降解性能优异，可用于玻璃清洁剂、卫生间清洁剂中；醇醚羧酸盐与阴

12、离子表面活性剂复配，流动性能好无凝胶现象，可用于配制浓缩型餐具清洁剂，是醇醚硫酸盐的理想替代品；双子酯基季铵盐有效应用于浴室、卫生间清洁剂；封端聚醚适用于酸性、碱性较极端的浴室卫生间清洁剂、厨房油垢清洁剂，另由于封端聚醚润湿性、表面铺展性好，还可用在家具、地板清洁剂中提高清洁后硬表面的光亮性。2.7 金属防腐蚀10表面活性剂常在酸性溶液，盐溶液中做缓蚀剂。表面活性剂应用于防腐蚀领域的机理主要是，在金属与溶液界面，表面活性剂的亲水基一端与金属表面相结合，而留下亲油基一端与溶液接触，使金属表面形成一层具有一定疏水性的保护膜，从而减缓溶液中侵蚀性物质对金属的腐蚀作用。2.8 泡沫分离技术 泡沫分离技

13、术是根据表面吸附原理，基于溶液中溶质(或颗粒)间表面活性的差异，表面活性强的物质优先吸附于分散相与连续相的界面处，通过鼓泡使溶质选择性的聚集在气一液界面并借助浮力上升至溶液主体上方形成泡沫层，从而分离、浓缩溶质或净化液相主体的过程。泡沫分离技术早就在日常生活和工业生产种常见了，如泡沫分离污垢、硫泡沫富集回收机矿物的浮选。随着工业日益发展，出现回收浓度为PPM级的稀溶液中的贵金属、稀有金属或出去有毒物质的新课题。并在原子能工业、湿法冶金工业和多种工业废水的处理有实用价值。2.9 食品添加剂表面活性剂在食品工业中的使用是有严格限制的,不能对人体产生危害。联合国粮农组织和世界卫生组织(FAO/WHO

14、)批准使用的表面活性剂大多数是半合成的多醇类非离子型表面活性剂。在食品工业中,表面活性剂可作为乳化剂、分散剂、润湿剂、消泡剂、粘度调节剂、杀菌剂等。表面活性剂作为乳化剂,在食品工业中起到极其重要的作用,为食品工业的发展提供了良好的条件,可以说食品加工中的各行各业都离不开乳化剂。增稠剂是能提高食品粘度或形成凝胶的一类添加剂,具有稳定乳化或悬浊状态的作用,属亲水性高分子化合物,一般称高分子表面活性剂,亦称粘度调节剂,胶凝剂和乳化稳定剂等。表面活性剂还可以作分散剂、润湿剂、起泡剂、消泡剂、结晶控制剂、杀菌剂等,还有延长食品保鲜期的作用。3 新型表面活性剂的应用前景 由于对具有特殊结构的表面活性剂的研

15、究的深入，这些新型表面活性剂不仅在传统领域有很好的应用，而且在生命科学、能源科学、信息材料以及许多现代高新技术领域中发挥着重要作用。3.1 冠醚型表面活性剂11冠醚型表面活性剂分子中一般含有420个氧原子，有的冠醚每两个氧原子间隔着两个碳原子，有的冠醚不仅含有氧原子，而且还含有氮、硫等杂原子。冠醚型表面活性剂由于具有特殊的化学结构，应用十分广泛。它在有机合成、膜体系、感光材料和离子选择电极中有良好的应用前景。随着冠醚化学的不断研究和新型应用领域的开发，冠醚的应用也取得了巨大的发展。3.2 氟碳表面活性剂1213氟碳表面活性剂是迄今为止活性最高的表面活性剂。它的独特性能可以概括为“三高”“两憎”

16、，即表面活性、高化学稳定性及高热稳定性，同时还具有卓越的憎水、憎油及防污功能。氟碳表面活性剂优越的物化性能，使其具有极为重要的用途，尤其是用于条件苛刻和碳氢表面活性剂无法应用的场合。因其独特的性能已被发展成为技术密集的、竞争性强的、由市场直接导向的产业。氟碳表面活性剂已广泛应用于石油、化工、消防、纺织、电镀、化妆品、农药、皮革、造纸、涂料、机械、电子等行业。3.3 Bola型表面活性剂1415bola型表面活性剂是由两个亲水的极性基团用一根或多根疏水链连接键合起来的化合物。Bola型表面活性剂的分子结构特点，决定了其独特的应用性能。高温稳定性和化学稳定性：可以一定方式捕获或释放离子及中性分子，

17、改善细胞功能等，从而在纳米材料、药物缓释、生物矿化、光化学修饰、基因转染和凝胶化试剂等方面具有广阔的应用前景，并为人们研究分子自组装及开发功能材料提供了新的材料来源。3.4 Gemini表面活性剂1617 Gemini表面活性剂是由联接基团将两个相同的两亲组分在极性基团处或距极性基团很近的烷烃碳链上相连接而成的双头基双尾基表面活性剂。其结构新颖，通常由三部分组成，两个疏水链，两个亲水基以及一个spacer联接基团。与传统的表面活性剂相比，具有更好的表面活性、较低的临界胶束浓度(CMC)、良好的吸附和流变性能等独特的物理化学性能。Gemini表面活性剂有杀菌、治理污水、制备新材料、缓蚀和驱油作用

18、。 3.5 烷基糖苷918 烷基糖苷(简称APG)是由来源于玉米、土豆等天然植物淀粉转化的葡萄糖和来源于椰子油、棕榈油等天然油脂制取的脂肪醇，在酸催化作用下脱水缩合而来的非离子表面活性剂，属于新型、高效、无毒、可快速生物降解的绿色、天然产品。具有优良的表面活性和发泡能力，去污力强，配伍性能极佳，有良好的协同效应，在水中有很强的溶解能力，即使在浓度很高的酸、碱、盐溶液中。其溶解度仍很高，无浊点和凝胶现象。可广泛用于洗涤、乳化、增溶、保湿等功能制品中做主活性物，在家居清洁和个人洗护产品中具有广阔的应用前景，是目前世界上唯一可被称为无毒级的品种。4 总结 表面活性剂从最初的制造肥皂到几乎全部现代工业

19、领域的广泛应用，使之成为工业部门的必需品，被称为“工业味精”，并且使人们的生活水平发生了翻天覆地的变化。随着人们对表面活性剂的研究的深入，不仅在传统应用领域取得了突破性的进展，解决许多工业难题，而且由于新型表面活性剂的出现，在生命科学、能源科学、信息材料以及许多现代高新技术领域中得到了大量的应用。展望未来，随着各种表面活性剂应用技术的成熟，将会推动工业生产及高新技术的研究的巨大发展。参考文献1张昌辉,谢瑜,徐旋,表面活性剂在纺织工业中的应用及发展J日用化学品科学，2008.31(1)：192谭中良，韩冬，杨普华孪连表面活性剂的性质和三次采油中的应用前景J油田化学，2003，20(2)：1 87

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21、，董万田王丰收,绿色表面活性剂烷基糖苷在家居清洁和个人洗护产品中的应用,2011(第八届)中国日用化学工业论坛，中国日用化工研究院上海分院，上海发凯化工有限公司，上海市金山区科学技术委员会10陶洁婷，葛红花，徐学敏，位承君,表面活性剂在防腐蚀中的应用研究,上海电力学院，上海热交换系统节能工程技术研究中心，上海高校电力腐蚀控制与应用电化学重点实验室，上海，中国，20009011熊敏，徐宝财,特种表面活性剂和功能性表面活性剂(皿),日用化学工业,2011.4,41(2)12庄瑜,新型APEO FREE氟表面活性剂应用J,化工新型材料,2009.9,37(9)13陈延林,刘振营,郝振文,郭亚军,氟碳

22、表面活性剂应用研究J,贵州化工,2007.4,32(2)14金勇卜,苗青, 张彪,曹志峰,Bola型表面活性剂合成及其应用J,化学进展,2008.6,20(6)15刘萍萍，缪培培，王祥荣,阳离子Bola型表面活性剂的合成及在腈纶染色中的应用J,印染助剂,2011.12,28(12)16李杰,马艳超,王晶,季铵盐型Gemini表面活性剂的合成及性能研究J,化学与黏合,2009,31(4)17李杰,佟威,陈巧梅,吴文祥,新型羧酸盐Gemini表面活性剂的合成及表面活性J,科学技术与工程,2011.3,11(9）18陶艳,特殊功能性表面活性剂在民用硬表面清洁剂中的应用J,2011(第八届)中国日用化学工业论坛