陰陽離子表面活性劑的分類與作用

摘 要：表面活性劑具有潤濕或抗粘、乳化或破乳、起泡或消泡以及增溶、分散洗滌、防腐、抗靜電等一系列物理化學(xué)作用，已經(jīng)成為一類靈活多樣、用途廣泛的精細(xì)化工產(chǎn)品。表面活性劑的應(yīng)用幾乎覆蓋了所有精細(xì)化工領(lǐng)域。本文重點(diǎn)說明陰陽離子表面活性劑。

關(guān)鍵詞：表面活性劑；陰離子；陽離子；應(yīng)用

1.表面活性劑概述

1.1表面活性劑的定義

表面活性劑是指具有固定的親水親油基團(tuán)，在溶液的表面能定向排列，并能使表面張力顯著下降的物質(zhì)。

1.2表面活性劑的組成

具有兩親性，非極性烴鏈：8個碳原子以上烴鏈，極性基團(tuán)：羧酸、磺酸、硫酸、氨基或胺基及其鹽，也可是羥基、酰胺基、醚鍵等。

2.表面活性劑的分類

2.1依照疏水基結(jié)構(gòu)分類

分為直鏈、支鏈、芳香鏈、含氟長鏈等；根據(jù)親水基進(jìn)行分類，分為羧酸鹽、硫酸鹽、季銨鹽、PEO衍生物、內(nèi)酯等；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。

2.2 依照極性基團(tuán)的解離性質(zhì)分類

（1）陰離子表面活性劑，如硬脂酸，十二烷基苯磺酸鈉等；（2）陽離子表面活性劑，如季銨化物等；（3）兩性離子表面活性劑，如卵磷脂、甜菜堿型等；（4）非離子表面活性劑，如脂肪酸甘油酯等。

3.陰離子表面活性劑

3.1 肥皂類

系高級脂肪酸的鹽，通式：（RCOOˉ）nM。脂肪酸烴R一般為11～17個碳的長鏈，常見有油酸、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)亦可使之鹽析堿金屬皂：O/W；堿土金屬皂：W/O；有機(jī)胺皂：三乙醇胺皂。

3.2 硫酸化物RO-SO3-M

主要是硫酸化油和高級脂肪醇硫酸酯類。脂肪烴鏈R在12～18個碳之間。硫酸化油的代表是硫酸化蓖麻油，俗稱土耳其紅油。高級脂肪醇硫酸酯類有十二烷基硫酸鈉（SDS、月桂醇硫酸鈉）乳化性很強(qiáng)，且較穩(wěn)定，較耐酸和鈣、鎂鹽。在藥劑學(xué)上可與一些高分子陽離子藥物產(chǎn)生沉淀，對粘膜有一定刺激性，用作外用軟膏的乳化劑，也用于片劑等固體制劑的潤濕或增溶。

3.3 磺酸化物R-SO3-M

屬于這類的有脂肪族磺酸化物、烷基萘磺酸化物等。它們的水溶性和耐酸耐鈣、鎂鹽性比硫酸化物稍差，但在酸性溶液中不易水解。常用品種有：二辛基琥珀酸磺酸鈉、甘膽酸。

4.陽離子表面活性劑

該類表面活性劑起作用的部分是陽離子，因此稱為陽性皂。其分子結(jié)構(gòu)主要部分是一個五價氮原子，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。常用品種有苯扎氯銨（潔爾滅）和苯扎溴銨（新潔爾滅）等。

4.1胺鹽

胺鹽是用酸中和烷基伯胺、仲胺、叔胺或乙醇胺得到的產(chǎn)物。根據(jù)胺的不同分為脂肪胺鹽、乙醇胺鹽和聚乙烯多胺鹽。（1）脂肪胺鹽脂肪胺鹽是用鹽酸、甲酸、乙酸中和烷基伯胺、仲胺和叔胺得到的產(chǎn)物，（2）乙醇胺鹽是酸與一、二、三乙醇胺反應(yīng)的產(chǎn)物，（3）聚乙烯多胺鹽鹵代烷與二乙三胺、三乙四胺反應(yīng)可得到不同的N—烷基多胺，胺鹽型陽離子表面活性劑水溶性較小，在酸性介質(zhì)中較穩(wěn)定；在中性、堿性介質(zhì)中會發(fā)生水解析出胺，通常只適合作纖維柔軟劑，不適合作洗滌劑。

4.2 季銨鹽

季銨鹽型陽離子表面活性劑通式為[ ]x-式中R為C10～C18長鏈烷基，Rl、R2， 一般是甲、乙基，也可以有一個是芐基或長鏈烷基，X是氯、溴、碘或其他陰離子基團(tuán)：多數(shù)情況下是氯或溴。季銨鹽型陽離子表面活性劑是產(chǎn)量高、應(yīng)用廣的陽離子表面活性劑。一般由叔胺與醇、鹵代烴、硫酸二甲酯等烴基化試劑反應(yīng)制得。吡啶也可以看成一種特殊的叔胺，通常把吡啶與鹵代烷的反應(yīng)產(chǎn)物也歸于季銨鹽中。如溴代十六烷與吡啶反應(yīng)得到的產(chǎn)物十六烷基溴化吡啶是一種常用的殺菌劑。季銨鹽陽離子表面活性劑水溶性好，既耐酸又耐堿且大多數(shù)具有殺菌作用。由于大部分纖維表面帶負(fù)電，用季銨鹽陽離子表面活性劑可中和其電荷，因此有較好的抗靜電作用。它們能在纖維表面形成疏水油膜，降低纖維的摩擦系數(shù)使之具有柔軟、平滑的效果所以可作柔軟劑。這種表面活性劑除可作抗靜電劑柔軟劑外，還可作護(hù)發(fā)產(chǎn)品中的頭發(fā)定型調(diào)理劑，紡織工業(yè)中的勻染固色劑。但它有使機(jī)械生銹的缺點(diǎn)，價格也較貴。在清洗劑中常與非離子表面活性劑復(fù)配成殺菌、消毒清洗劑。

4.3 雜環(huán)類陽離子表面活性劑

雜環(huán)類陽離子表面活性劑可以有咪唑啉、嗎啉胍類、三嗪類衍生物等。瞇唑啉是含有二個氮原子的五元雜環(huán)的單環(huán)化合物，如2—烷基咪唑啉，它與硫酸二甲酯肛反應(yīng)可生成季銨鹽；如脂肪酸與二亞乙基三胺反應(yīng)生成2—烷基氨基乙基咪唑啉，得到的產(chǎn)物乙?；倥c甲酸中和或季銨化都得到陽離子表面活性劑。它們都可做纖維柔軟劑或殺菌劑。一般陽離子表面活性劑去污力較差，因此通常不用陽離子表面活性劑作洗滌劑。但在特殊的清洗劑中如殺菌消毒洗滌劑中會加入陽離子特別是季銨鹽型陽離子表面活性劑。

5.表面活性劑的歷史發(fā)展

表面活性劑和合成洗滌劑形成一門工業(yè)得追溯到本世紀(jì)30年代，以石油化工原料衍生的合成表面活性劑和洗滌劑打破了肥皂一統(tǒng)天下的局面。經(jīng)過60余年的發(fā)展，1995年世界洗滌劑總產(chǎn)量達(dá)到4300萬噸，其中肥皂900萬噸。據(jù)專家預(yù)測，全世界人口從2000年到2050年將翻一番，洗滌劑總量將從5000萬噸增加到12000萬噸，凈增1.4倍，這將是一個令人鼓舞的數(shù)字。