表面活性剂的研究与进展 毕业论文.doc

毕业论文论文题目：表面活性剂的研究与进展姓 名： 所属系部 化学工程系专 业： 精细化学品生产技术指导教师： 班 级 精化921学 号 完成日期 2012/3/26 2012年03月26日摘 要表面活性剂是重要的工业助剂，素有 "工业味精"之称。表面活性剂具有既亲水，又亲油，但又不是整体亲水或亲油的特性，依靠这种独特的两亲性结构而具有降低表面张力、起泡、乳化、分散、润湿、增溶、渗透、抗静电等性能，在各种工业和消费者应用中有重要的地位，目前已被广泛应用于洗涤、制药、食品、化妆品、石油化工、纺织、金属加工等领域。本文主要阐述了表面活性剂的性质、分类及其在各个领域的应用，同时也对表面活性剂的发展趋势作了展望。关键词：表面活性剂；研究；进展Abstract Surfactant, an important kind of industrial additives, is called as industrial monosodium glutamate. surfactant has both hydrophilicity and lipophilicity, but not the overall hydrophilic or lipophilic properties. relying on this unique amphiphilic structure with lower surface tension, foaming, emulsifying, dispersing, wetting, solubilizing, permeability, static and other properties, surfactants has an important role in various industries and consumer applications.recently,surfactant is widely used in the field such as detergent, pharmaceutical industry, food, cosmetic, petroleum and chemical industry, textile pharmaceutical industry and metalworking. this article mainly describes the property， categorization and application of the surfactant,the development of surfactant is also forecasted. Key Words: surfactant;research;categorization目 录第1章 前 言11.1表面活性剂的作用11.1.1增溶11.1.2乳化作用21.1.3润湿作用21.1.4助悬作用21.1.5消毒杀菌31.1.6去垢、洗涤作用3第2章 表面活性剂的进展42.1 表面活性剂的研究进展42.1.1功能性表面活性剂有新进展42.1.2表面活性剂凝胶（Surfactant Gels）42.1.3蠕虫状束（Worm-Like Micelles）4第3章 表面活性剂的应用53.1高分子表面活性剂53.2Gemini表面活性剂53.3生物表面活性剂53.4在制革工业上的应用63.4.1浸水63.4.2脱脂63.4.3浸灰63.5在资源加工中应用73.5.1矿物浮选73.5.2织物的防水与防油73.5.3金属的防锈73.6在电镀工艺中的应用83.6.1在电镀预处理中的应用83.6.2在电镀工艺中的应用83.7在农业中的应用83.7.1表面活性剂对植物叶面气孔和蜡质层的影响83.7.2叶面微肥的制备83.7.3农药制剂加工93.7.4表面活性剂对农药使用效果的影响9 第1章 前 言表面活性剂(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。传统观念上认为，表面活性剂是一类即使在很低浓度时也能显著降低表（界）面张力的物质。随着对表面活性剂研究的深入，目前一般认为只要在较低浓度下能显著改变表（界）面性质或与此相关、由此派生的性质的物质，都可以划归表面活性剂范畴。 无论何种表面活性剂，其分子结构均由两部分构成。分子的一端为非极亲油的疏水基，有时也称为亲油基；分子的另一端为极性亲水的亲水基，有时也称为疏油基或形象地称为亲水头。两类结构与性能截然相反的分子碎片或基团分处于同一分子的两端并以化学键相连接，形成了一种不对称的、极性的结构，因而赋予了该类特殊分子既亲水、又亲油，便又不是整体亲水或亲油的特性。表面活性剂的这种特有结构通常称之为“双亲结构”（amphiphilic structure），表面活性剂分子因而也常被称作“双亲分子”。 根据所需要的性质和具体应用场合不同，有时要求表面活性剂具有不同的亲水亲油结构和相对密度。通过变换亲水基或亲油基种类、所占份额及在分子结构中的位置，可以达到所需亲水亲油平衡的目的。经过多年研究和生产，已派生出许多表面活性剂种类，每一种类又包含众多品种，给识别和挑选某个具体品种带来困难。因此，必须对成千上万种表面活性剂作一科学分类，才有利于进一步研究和生产新品种，并为筛选、应用表面活性剂提供便利。花生本身是高能、高蛋白和高脂类的植物性食物，不含胆固醇和反式脂肪酸。花生集营养、保健和防病功能与一身，具有很高的营养价值。据测定花生果内脂肪含量为44%-45%，蛋白质含量为24%-36%，含糖量为20%左右。并含有硫胺素、核黄素、尼克酸等多种维生素。矿物质含量也很丰富，特别是含有人体必须的氨基酸，有促进脑细胞发育1.1表面活性剂的作用1.1.1增溶要求：C>CMC （ HLB1318） 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。非极性有机物如苯在水中溶解度很小, 加入油酸钠等表面活性剂后, 苯在水中的溶解度大大增加, 这称为增溶作用。増溶作用只有在表面活性剂的浓度高于cmc（临界胶束浓度）时，才能明显表示出来，所以说增溶作用与表面活性剂在水溶液中产生胶束有密切关系。増溶是使本来不溶于水的物质溶入表面活性剂胶束中的一种现象。增溶量增加将使胶束的体积增大，胶束的数目增多亦会增加溶量，因为在cmc以上，表面活性剂的浓度越高，生成的胶束数目越多，能増溶于胶束的微溶或不溶物质也越多，增溶作用越强。增溶作用与普通的溶解概念是不同的, 增溶的苯不是均匀分散在水中, 而是分散在油酸根分子形成的胶束中。经X射线衍射证实, 增溶后各种胶束都有不同程度的增大, 而整个溶液的的依数性变化不大。1.1.2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。 混合加和性：HLB=（HLBa Wa+HLBb /Wb） / （Wa+Wb） 理论计算：HLB=（亲水基团HLB值）+（亲油基团HLB）-7 HLB：3-8 W /O型乳化剂：Span；二价皂 HLB：8-16 O/W型乳化剂：Tween；一价皂 1.1.3润湿作用要求：HLB：7-9。 表面活性剂可以降低液体表面张力, 改变接触角的大小, 从而达到所需的目的。如果要制造防水材料, 就要在表面涂憎水的表面活性剂, 使接触角大于90。 表面活性剂分子是两亲分子, 能对界面的润湿性能产生显著影响。由于表面活性剂的分子结构不同, 在界面上的吸附速度和溶液表面张力的降低速度和程度也各不相同。溶液对植物的润湿作用和附着能力与溶液的表面张力及其变化、植物表面的性质、液滴的大小等有关。因此, 表面活性剂的结构不同, 对植物的润湿作用也有所不同。例如植物叶面带有均匀光滑的蜡质层, 纯水在叶面上易形成小水珠, 粘附不牢, 无法润湿。如果在水中加入一定量的表面活性剂, 则其附着和润湿作用就会有所改善。表面活性剂溶液的表面张力、吸附速度以及在固体界面上的润湿作用已有一些报道1.1.4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； 1.1.5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； 1.1.6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。 第2章 表面活性剂的进展2.1 表面活性剂的研究进展 随着世界经济的发展以及科学技术领域的开拓，作为工业“味精”的表面活性剂的发展更为迅猛。其应用领域从日用化学工业发展到石油、纺织、食品、农业、环境以及新型材料等方面，年产量以45的速度增长，目前产量已超过900万吨，品种10000种以上，市场营销额为100亿美元，并且表面活性剂的发展呈现出如下新趋势。2.1.1功能性表面活性剂有新进展 众所周知，EDTA是优良的钙镁离子络合剂，但在络合时只有三个羧基和两个N在起作用，而另一个羧基不起作用，若把长链疏水基取代此羧基，就改性为既有表面活性又具有强的钙镁离子络合能力的ED3A。这种产品既可用于油田三次采油中作驱油剂，也可以作为无磷洗涤剂中的活性物。 十六烷基二苯基醚单磺酸盐（C16MADS）具有“反常”特点，其表面活性随洗涤温度升高而降低，随钙镁离子浓度增高而提高。微乳液类型对聚合物形态和孔结构有很大影响。在SDS（十二烷基硫酸钠）的三种类型微乳液体系中，室温下开展甲基丙烯酸聚合。在W/O微型乳液得到不连续细孔聚合物，随着水量增加，孔增大，在B.C型双连续型微乳液中，得到内部连通的多孔结构，在W/O微乳液中为单为散颗粒。随着科学发展，现代化仪器的引进，对事物的本质揭示越来越清楚，为了描述这些现象和总结其规律，该领域不断推出一些新的概念，或者对原来一些该领域的概念赋予新的内涵。 2.1.2表面活性剂凝胶（Surfactant Gels）它是由表面活性剂在极性或非极性溶剂中形成的结构，或者这些缔合结构与高分子以键合形成网状结构，其粘度大，具有粘弹性的体系，称之为表面活性剂凝胶。这种体系首先在1986年提出，即由明胶液中含有AOT的反向微乳液组成。目前已发展为四类：有机胶（Organogels）；立方胶（Cubic Gels）；囊泡胶（Vesicle Gels）；网状胶（Network Gels）。这些凝胶主要用于酶固定化。它们既能提高酶的活性，又能延长酶的半衰期。2.1.3蠕虫状束（Worm-Like Micelles）在以往文献和专著中，认为胶束分为球形胶束、棒状胶束和层状胶束，但是近来在文献中出现蠕虫胶束。由于表面活性剂分子本身结构有不同的几何形状，在某些因素影响下形成二维的或者一维聚集体。第3章 表面活性剂的应用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。表面活性剂是一类即使在很低浓度时也能显著降低表（界）面张力的物质。其分子结构均由两部分构成，分子的一端为极亲油的疏水基，分子的另一端为极性亲水的亲水基，两类结构与性能截然相反的分子碎片或基团分处于同一分子的两端并以化学键相连接，形成了一种不对称的、极性的结构，赋予了该类特殊分子既亲水又亲油，又不是整体亲水或亲油的特性，这种特有结构通常称之为“双亲结构”。表面活性剂按分子结构特性可分为阴离子表面活性剂、非离子表面活性剂、两性离子表面活性剂、阳离子表面活性剂3.1高分子表面活性剂 所谓高分子表面活性剂是指相对分子质量在数千以上，且具有表面活性的物质，是一种新型的很有发展前途的表面活性剂，他能形成胶束把染料分子包裹起来，在某种条件下控制染料分子慢慢释放，起到均染效果，在纺织工业应用广泛。3.2Gemini表面活性剂 Gemini表面活性剂是通过一个联接基将两个传统表面活性分子在其亲水头基或接近亲水头基外连接在一起而形成的一类新型表面活性剂。与传统表面活性剂相比，阳离子Gemini表面活性剂具有显著地缓染作用。3.3生物表面活性剂 与化学合成表面活性剂相比，生物表面活性剂除具有表面活性高、乳化能力强外，还具有一般化学合成表面活性剂所不具备的无毒、无刺激、生物降解快而且彻底，不对环境造成污染，生产原料来源广等优点，因此市场潜在需求大。【3】3.4在制革工业上的应用3.4.1浸水 制革浸水应用表面活性剂的主要目的是加速浸水作用，缩短浸水时间，提高浸水质量，使生皮浸软、浸透，利于生皮恢复鲜皮状态。表面活性剂可以乳化皮中油脂，增加水对皮纤维的润湿作用。常用的大多是羧酸盐型的阴离子表面活性剂和聚氧乙烯型非离子表面活性剂，其中以非离子表面活性剂的效果好。如拉开粉、雷米邦、渗透剂T、快速浸水剂JFC等，以及同时具有杀菌、抗硬水等作用的几种阴离子和非离子表面活性剂的复配产品，而其中以脂肪醇聚乙烯醚的增效复配混合物为主。3.4.2脱脂 脱脂是将皮表面和皮脂腺中的油脂除去。脱脂时，脱脂剂进入生皮后，还必须渗透到脂肪细胞或脂腺内乳化溶解脂肪并使油返回溶液中，所以要求脱脂剂必须同时具有良好的渗透性、乳化性、去污和洗涤性。故皮革用脱脂剂主要成分是表面活性剂，而且为阴离子和非离子表面活性剂，具有一定的耐酸碱能力。一般脱脂用非离子表面活性剂主要有烷基酚聚氧乙烯醚（如OP-5、OP-7、OP-10、XT-10），脂肪醇聚氧乙烯醚（如JFC、平平加O-20），烷醇酰胺（如6501、6502），脂肪酸聚氧乙烯脂（SG-5）等，阴离子表面活性剂主要有十二烷基苯磺酸盐LAS、烷基磺酸盐AS、雷米邦A、拉开粉BX等。3.4.3浸灰 所谓浸灰是生皮在碱溶液的作业下，发生进一步充水作用，使生皮外观表现为厚度、弹性、透明度增加。使用表面活性剂可以增强浸灰材料的渗透效果、缩短浸灰过程、抑制生皮过度膨胀、乳化天然油脂。3.5在资源加工中应用3.5.1矿物浮选 矿物浮选是借助气泡浮力来浮选矿石是实现矿石和脉石分离的方法，所用浮选剂主要成分有捕集剂和起泡剂。捕集剂是将亲水的矿物表面变为疏水的表面，以利用矿物易粘附与气泡上的药剂。常用的表面活性剂捕集剂主要是阴离子和阳离子表面活性剂。为了使用矿物有效地富集在空气与水的界面上，必须利用起泡剂产生大量泡沫，造成大量界面。主要的气泡剂有松油、粗甲氧基甲基苯酚、异丁基甲氧苄醇、聚乙二醇类、三乙氧基丁烷、烷基苯磺酸钠、二聚乙二醇甲基叔丁基醚及三聚丙二醇甲醚等。3.5.2织物的防水与防油 纤维织物用防水剂进行处理，可使处理后的纤维表面变为疏水性，具有防水性而空气和水蒸气的透明性不受阻碍。对纤维防水处理可使用具有能与纤维亲水基反应的官能团和长链脂肪族疏水链的防水处理剂，在纤维表面形成极薄的强流水性涂膜。而纤维的防油处理是形成充填CF3基团的表面层，采用全氟碳化合物，使经处理后的临界表面张力要低于油的表面张力。3.5.3金属的防锈 防锈添加剂是油溶性表面活性剂。在金属表面涂上含有防锈添加剂的防锈油，添加剂的两亲分子在金属油界面上以极性剂吸附于金属表面而非极性的亲油剂伸向油中，形成定向单分子膜，替代了原来的金属高能表面。在油相中，当添加剂的浓度超过临界胶束浓度后，添加剂还会自动聚集生成反胶束，正是这些胶束的存在，能将油中的腐蚀介质水加溶在胶束中，从而显著地降低了油膜的透水率。如石油磺酸钡、石油磺酸钙、硬脂酸铝、山梨酸醇担忧酸酯等。防锈添加剂在金属有界面上的定向吸附膜对金属表面起到屏蔽作用，由疏水基组成的吸附膜属低能表面，水和腐蚀介质在抹上会形成大的接触面不易渗透，从而阻止了与金属表面的接触，达到防腐蚀的目的。3.6在电镀工艺中的应用3.6.1在电镀预处理中的应用 电镀工业中，金属表面常吸附有油污和其他不洁物，影响电镀时金属离子的沉积，因此镀件必须除油除锈。通常采用碱性除油液，在除油液中加入表面活性剂，利用其乳化和洗涤性，即表面活性剂的两亲基团吸附于油水界面上，极性基指向水，非极性基指向油污，定向排列，降低了油水间的界面张力，使金属表面的油污分散、悬浮、脱离工作表面并并不再吸附于工件上。因此在洗涤中加入表面活性剂可提高除油效果及除油速度并实现低温除油。3.6.2在电镀工艺中的应用 表面活性剂在电镀中可用做润湿剂。能较好地降低电极与镀液界面间的界面张力，使镀液易于在电镀表面铺展，从而达到均匀电镀的目的。常用的电镀湿润剂有：十二醇硫酸酯钠、2-乙基己醇硫酸酯钠、琥珀酸二辛脂磺酸钠、烷基酚聚氧乙烯醚、脂肪醇聚氧乙烯醚等。3.7在农业中的应用3.7.1表面活性剂对植物叶面气孔和蜡质层的影响 表面活性剂具有乳化、分散、润湿和渗透等作用，在植物的叶面肥和农药的施用中被广泛地用作添加剂。改善所喷溶液在植物叶面的物理及化学特性，它们能增加叶片对有效成分的吸收，使肥料或药液得到更有效的利用。3.7.2叶面微肥的制备 在植物的叶面上加入表面活性剂，可以使叶面肥溶液易于在植物的叶面上铺展，使得微量元素能够均匀的分散到植物叶面的各处，并有助于微量元素渗入植物叶片内部，便于植物吸收，从而起到增产的目的。3.7.3农药制剂加工 大部分农药都是一些油溶性的有机物，较少用量是，就有良好的杀虫、灭病菌和除草作用。但农药不能直接使用，从安全、经济、使用效果上考虑，一般是将农药原药与表面活性剂等助剂按一定比例复配，所得的复配物很用容易分散到水中，用水稀释后再在农作物上大面积喷洒。烷基苯磺酸甲酯用作敌敌畏乳油的稳定剂，聚氧乙烯醚磷酸酯用作农药粉剂的润湿剂和抗稳定剂，添加表面活性剂后减少了农药对环境的污染。3.7.4表面活性剂对农药使用效果的影响 表面活性剂在水溶液中能形成胶束，可降低水的表面张力。这些特性使得表面活性剂在不同的农药中，对农药产生了乳化、分散、增溶和润湿作用。使得农药的使用更加高效、安全、经济和方便。【4】参考文献【1】李和平. 精细化工工艺（第二版）. 北京. 北京出版社2007：33【2】纪卿，云喜玲. 集宁师专学报. 2003,25卷，4期【3】胡家军. 武汉科技学院报. 2009. 430073【4】陈秀燕. 科技经济市场：2008,11期. 46 9