书城科普读物科学新知丛书-有机物世界漫游
16441500000007

第7章 表面活性剂(2)

阳离子表面活性剂也含有一个疏水的烃基,以及一个或几个亲水基,在水中也离解出阳离子和阴离子。但是,阳离子是表面活性的载体。常见的是季铵盐型表面活性剂。

阳离子表面活性剂虽然去污力较差,但却具有很强的杀菌力,所以常被用作消毒剂。其中,季铵盐型的阳离子表面活性剂的杀菌力最强。把它与非离子表面活性剂配合,可制成具有杀菌性的洗涤剂。它的杀菌作用机理主要是正电荷对细菌具有较强吸附作用,使蛋白质变性,抑制或杀灭细菌。例如烷基二甲基苄基氯化铵是国内外公认的杀菌消毒剂。

季铵盐型表面活性剂的杀菌效果良好,但多数毒性较强,需慎重使用。阳离子表面活性剂价格较贵,一般不用作洗涤剂、乳化剂,多用于纺织品的柔软剂、防水剂、抗静电剂等。

非离子表面活性剂在水溶液中不会离解成离子,在水中的溶解性靠分子中的极性基团提供。聚乙二醇醚是这类的代表,其中环氧乙烷基团作为亲水基。这类物质通常以环氧乙烷和碳数多的醇做原料生产。离子型表面活性剂电离后,可能与其他电离物质发生化学反应而生成沉淀,从而限制了应用范围。非离子表面活性剂不具有这种性质,所以应用范围广泛。

非离子表面活性剂虽然去污力很好,但起泡力很小,它的这种特点,在不希望产生泡沫的工业用洗涤剂方面受到欢迎,需求量在不断增加。

聚醚型表面活性剂的用途广泛。它具有低泡沫和毒性较少的特性,与肥皂等阴离子表面活性剂配制低泡沫高去污力的合成洗涤剂是相当理想的。在造纸和发酵工业中常作消泡剂使用。聚醚的另一个重要的用途是在石油工业中作原油破乳剂。

两性表面活性剂是在分子结构中既有阴离子部分,又有阳离子部分的表面活性剂。根据它们的组成和介质的酸碱性可以表现出阴离子或阳离子表面活性剂性质。

两性表面活性剂的特点是具有阴离子性和阳离子性两种性质,因此,它具有杀菌力和去污力两种作用,而且它与阳离子表面活性剂所不同的是可以和阴离子表面活性剂并用,对蛋白质不产生不溶性沉淀,毒性也只有阳离子型杀菌剂的1/10,使用0.3%浓度时没有刺激,也没有阳离子型的臭味。

两性表面活性剂在多数情况下,阳离子部分都由铵盐或季铵盐作为亲水基,因此两性表面活性剂的分类,一般是按阴离子部分的种类进行分类。

国外市场上的表面活性剂品种牌号多达上万种,在国民经济各部门的耗用量中以阴离子型和非离子型为主,大约各占40%左右。开始在工业中的应用表面活性剂因具有表面活性,往往使被接触的物质表面变得活泼而发生变化。油和水互不相溶,有了乳化剂,就可以你中有我,我中有你。本来不易渗透到内部去的染料。用了表面活性剂就可以渗透到内部,里外均匀一致。本来容易产生静电的合成纤维和塑料,用了表面活性剂,静电消除了。无论是纺织、造纸、食品、制革等轻工业,还是石油、化工、机械、矿山等重工业,使用少量助剂——表面活性剂就可以改进技术,提高质量,增加产量。人们形容表面活性剂为工业味精,用量不多,效果显著。它们分别被称为乳化剂、增溶剂、匀染剂、抗静电剂、发泡剂、柔软剂、分散剂、润滑剂、防锈剂等。

开采出的矿石,要经过浮选才能继续加工。利用不同矿物表面性能方面的差异,可以实现这一要求。把矿砂经细磨后悬浮在水中,向悬浮溶液中鼓入空气细泡,有用的矿粉便黏附于气泡,向上漂浮,与混在一起的沙土分开。但是有用的矿物颗粒必须具有疏水性的表面才会黏附在气泡上。只有少数几种天然矿物(如石墨)才具有疏水性的表面。因此,要在矿物悬浮液中添加表面活性剂,使它起到捕集剂的作用。也就是尽可能有选择地使有用矿物表面呈疏水性。对于磷灰石、重晶石等矿物多选用阴离子表面活性剂;对于硅酸盐、石英等矿物多选用阳离子表面活性剂。捕集剂除了使矿物质的表面具有疏水性外还能生成泡沫,从浮选液中选出有用的矿物。

在石油工业中,表面活性剂也具有重要意义。原油的开采量,可以因表面活性剂的应用大为增加。采油时在天然的油层压力下,岩层间的原油经渗透而被压出,称为一次采油。随着原油的采出,天然的压力逐渐下降,直到原油停止采出。如果将水通过泵送入油井,还可以继续采出,称为二次采油。二次采油,随着油会带出大量的水,以乳化液的形式混合在一起。要想将油水分离,要加入破乳剂。破乳剂是阴离子或非离子表面活性剂。二次采油之后还可以三次采油,也要使用表面活性剂,降低原油与水之间的表面张力。

原油运输经常使用大型油轮,在卸货后装新油之前必须用蒸气清扫。清扫在海上进行,废油流到海水中。油轮发生事故使大量原油向海洋流失的事件也时有发生。这种对海洋的污染常使海藻和鱼贝类死亡。废油黏附海鸟的羽毛,使其失去浮力,不能捕食而死亡。为了清理漂浮于海面的原油,一种方法是放入大量的表面活性剂,把浮游的原油乳化,使其容易向海水中扩散。

在皮革及毛皮工业中,有许多湿处理过程。表面活性剂及乳化剂起着重要的作用。干燥的生皮必须浸泡复原,直到如同刚从动物身上剥下的一样。为了缩短浸泡时间主要使用烷基苯磺酸盐或非离子表面活性剂,它们同时有清洗作用。毛皮及表皮要用石灰处理脱毛,使用非离子表面活性剂可以促进石灰水溶液的浸蚀作用。对于尚未鞣制的生皮需用能使脂肪乳化的表面活性剂处理,用以脱除残余的脂肪。在皮革鞣制的过程中,有时要使用加脂剂,以提高皮革的柔软性及耐撕裂性能。加脂剂可选用阳离子或阴离子表面活性剂。

在农业中的应用

阴离子表面活性剂还可以防止硫酸铵、尿素等化肥的结块,加入0.05%~0.15%就可起作用。

有些非离子型表面活性剂用在稻田中可以抑制水分的蒸发。如果喷在花朵上,形成的薄膜能阻止水分蒸发,可使插花短期保鲜。

值得一提的是,表面活性剂作为一种用量不大的助剂,在农药加工成制剂成品中却起着关键性作用。表面活性剂特有的界面功能,对于优化制剂物理性能和化学稳定性、增加制剂品种、扩大应用范围具有举足轻重的作用。在使用农药的防治过程中,表面活性剂的界面效应使喷雾液滴黏附于作物或昆虫的表皮层,通过润湿、铺张、渗透等作用发挥出农药的药效。通过农药加工与农药防治使用过程,表面活性剂对推动高效、优质、高产农业的建设起了重要作用。面对人口增长、农业用地面积日减、研制新农药的难度与开支巨大等问题,表面活性剂在农药加工和应用技术方面的研究,因具有节约用药、提高药效、延长新老农药品种使用寿命等效果而倍受重视。

我国绝大多数的农药都是油溶性的有机物,如有机磷农药、氨基甲酸酯类农药、苯氧类除草剂、磺酰脲类除草剂等均具有较高的药效,用很少的药量就有良好的杀虫、灭病、除草等效果。为了经济、有效,使用量很少的农药分散成便于用水稀释,能在大面积农作物上均匀喷洒的剂型,必须在农药中加入表面活性剂等制成制剂产品。如乳油、悬浮剂、可湿性粉剂、粒剂等,以满足不同的防治要求。表面活性剂形成胶束可降低界面张力的特性,使它在不同剂型的农药产品中具有乳化、分散、增溶、润湿等作用,达到高效、安全、经济和方便使用之目的。

表面活性剂的发展趋势

肥皂待改进

据统计,1995年世界洗涤剂总产量达到了4300万吨左右,其中肥皂为900万吨左右。在我国目前仍有相当多手工洗涤的情况下,不应放弃传统洗涤剂——肥皂的改进。从浙江肥皂改进后销售量持续上升说明,如何在肥皂中加入天然高分子表面活性剂和钙皂分散剂,来改善肥皂的抗硬水性能,是一个不容忽视的课题。

开发系列化产品

我国科研人员在经过几十年的科技攻关和努力下,使表面活性剂的品种和产量都有了较大的发展。有人统计,1995年我国表面活性剂品种达1100多种,产量约65.5万吨。品种数量虽不及日本的1/4,但已与美国常年生产品种数相当。大的品种我国基本都有,关键是产品的系列化不够。若能开发从再生资源生产的新型表面活性剂,使产品系列化就能适应不同应用领域的需要。

温和型及易生物降解产品得到重视

随着人们生活质量的提高,人们的消费观念逐渐从感性向理性转化。在选择个人保护用品或盥洗用品时,也开始有了自我保护意识。为此,就对家用化学品领域提出了安全、温和的要求。近年来,随着洗面奶、婴幼儿洗涤用品市场的不断开拓,人们对温和型表面活性剂在质和量的需求越来越严格和迫切。

利用葡萄糖和脂肪醇或脂肪酸生产的烷基多糖苷和葡萄糖酰胺这两种新型非离子表面活性剂都具有对人体温和、生物降解快而完全、性能优异、能与各种表面活性剂复配,并具有协同增效作用等特点,应用范围日益扩大,得到了许多人的重视。我国国内也有了自己的产品面市。

从醇醚羧酸盐及酰胺醚羧酸盐的分子结构的两端看似肥皂,但在疏水基和亲水基间嵌入了一段环氧乙烷,使这种产品保留了肥皂去污力的优点,改善了肥皂熔点高、不抗硬水、高碱性刺激人体的缺点,成为抗硬水、对人体温和的新型阴离子表面活性剂。它的性能可以通过疏水基和环氧乙烷聚合进行调整,在酸性条件下显示出非离子表面活性剂的性质。这两种产品国外已工业化生产。我国于1989年开始此项研究,已有产品面市。这种产品的开发,对我国供过于求的非离子表面活性剂深加工是一条良好途径。

随着高分子化学工业的迅速发展,各种具有表面活性的高分子化合物引起了人们的广泛注意。最早使用的高分子表面活性剂有淀粉、纤维素及其衍生物等天然水溶性高分子化合物。天然高分子表面活性剂是从动植物分离、精制或经过化学改性而制得的水溶性高分子,如由海藻制得的藻阮酸。天然高分子表面活性剂具有优良的增黏性、乳化性、稳定性和结合力,并且具有很高的无毒安全性和易降解等特点,所以广泛应用于食品、医药、化妆品及洗涤剂工业。