環境友好型表面活性劑的性能研究與應用

莫雨 張子建 馬涇鐸 朱玲嘉

摘 要：表面活性劑是一種加入少量物質就能夠明顯降低水的表面張力的化學試劑。表面活性劑具有兩種不對稱基團，一種是非極性的憎水性基團，另一種是極性的親水性基團。表面活性劑非極性的憎水性基團可以起到防水作用，生產防水材料，應用于建筑、雨衣的制備等領域。表面活性劑極性的親水性基團可以起到潤濕作用，廣泛應用于農藥的研制。本文主要研究表面活性劑非極性的憎水性基團和極性的親水性基團的性能以及應用，目前市場上大部分表面活性劑是有機化合物，其非極性的憎水性基團是8～18個碳的直鏈烴，對環境容易造成污染。本文通過物理改性和化學改性減弱或增強表面活性劑的潤濕效果，增強防水或親水性能。表面張力與溫度呈負相關，通過升高溫度的物理方法降低溶液表面張力。表面張力與表面活性劑碳鏈的長度呈負相關，可以通過加長表面活性劑碳鏈的長度的化學方法降低溶液表面張力。研究結果表明：當溫度升高時，大部分液體的表面張力呈線性下降，達到臨界溫度時，表面張力趨近為零;每增加一個亞甲基，溶液的表面張力降低效應平均增加3.2倍。本文通過物理改性和化學改性彌補了市場上表面活性劑的缺陷，使得它的綜合性能得到提升。

關鍵詞：表面活性劑;表面張力;潤濕;物理改性;化學改性

1 引言

近年來，隨著科學技術的發展和國家對節能環保提出的新政策，節能環保已經成為了國內關注的熱點話題。由于高性能防水材料制備技術的進步，對表面活性劑進行改良已經成為了全球關注的熱點問題。防水材料是一種可以應用于全球居民的材料，影響著人們的生活。目前，國內外的防水材料主要通過表面活性劑起到防水作用。隨著人們日益增長的美好生活需求，傳統的防水材料的防水效果逐漸不能滿足人們的需求，迫使人們對表面活性劑進行改性。

1.1 表面活性劑基團的概述

1.1.1 表面活性劑憎水性基團的概述

表面活性劑憎水性基團是由8～18個碳的直鏈烴組成的非極性基團，具有良好的防水效果。表面活性劑憎水性基團是親油憎水基團，減弱潤濕作用，達到防水效果。表面活性劑憎水性基團可以廣泛用于生產防水材料。表面活性劑憎水性基團通過大量正吸附，使得溶液在的粒子定向排列。溫度、壓力、溶液的濃度以及直鏈烴的長度等因素對溶液的表面張力都有影響，進而影響防水材料的防水效果。

1.1.2 表面活性劑親水性基團的概述

表面活性劑親水性基團是極性基團，具有良好的親水效果。表面活性劑憎水性基團可以增強潤濕效果，使得水滴可以在植物表面進行鋪展，可以廣泛應用于農業。同表面活性劑憎水性基團一樣，溫度、壓力、溶液的濃度以及直鏈烴的長度等因素對溶液的表面張力都有影響，進而影響農藥的親水的效果。

1.2 國內外研究現狀

1.2.1 國外研究現狀

目前，表面活性劑在各個國家的研究已經取得了較大的突破，但是表面活性劑的性能還不算理想。表面活性劑的應用領域十分廣泛，主要應用于防水、親水、去污以及乳化作用等領域。國外的科研工作者及其相關領域愛好者通過對表面活性劑的化學性質進行改性，使得表面活性劑的性能得到提高，但是防水效果還是沒有達到人們的預期期望。

1.2.2 國內研究現狀

中國是一個科技大國，隨著中國科學的崛起，表面活性劑的研究也取得了飛躍式的突破。國內表面活性劑的研究主要集中于防水材料、農藥研究去污試劑等領域，這些領域都是跟每個居民的生活息息相關，因此，表面活性劑在中國有良好的發展前景。國內表面活性劑的性能研究還不完善，需要更多的科研人員以及相關領域愛好者對表面活性劑的性能進行化學改性和物理改性，使得表面活性劑的性能更好。

2 表面活性劑的分子結構與工作機理

2.1 表面活性劑的分子結構

表面活性劑分子由非極性的憎水性基團和極性的親水性基團組成，如下圖所示：支鏈代表憎水性基團，圓代表親水性基團。

2.2 表面活性劑的工作機理

液體在固體表面上可以潤濕也可以不潤濕，有界面張力的大小決定。如圖2.2所示，以AM和AN分別代表氣液界面張力γg-l和液固表面張力γl-s，氣液界面和液固表面的夾角為接觸角θ，根據楊氏方程可知：W=-γg-l（cosθ+1），接觸角θ>900，不潤濕，有利于防水;接觸角θ<900，潤濕，有利于親水;接觸角θ=00，全潤濕，親水性最大。

3 應用前景預測及技術經濟效益分析

3.1 應用前景預測

表面活性劑的應用主要在防水和親水兩大領域。表面活性劑憎水性基團主要用于生產防水材料，防水材料影響著人們的生活，無論是建筑行業還是防水雨衣的研制，在中國都有良好的應用前景和廣闊的銷售市場。

表面活性劑親水基團主要用于農藥的研制，增強農藥與植物表面的潤濕程度，使得農藥在葉子上可以進行鋪展。表面活性劑親水基團的應用主要在農業，中國是農業大國。因此，表面活性劑親水基團在中國有與時俱進的發展趨勢和十分廣闊的銷售市場。

3.2 技術經濟效益分析

世界各國都在對表面活性劑進行改良，改良的方法參差不齊，各有各的優點和缺點。本文采用物理改性和化學改性結合表面活性劑的機理，不僅使得表面活性劑的性能顯著提高，還解決了污染環境問題。因此，改性技術具有良好的經濟效益，環境效益和社會效益。

4 結論

（1）通過對表面活性劑進行物理改性和化學改性，可以使得表面活性劑的性能顯著提高，而且對環境不造成污染。

（2）通過化學改性對表面活性劑的影響明顯大于物理改性的影響。

（3）根據楊氏方程可知：接觸角θ>900，不潤濕，有利于防水;接觸角θ<900，潤濕，有利于親水;接觸角θ=00，全潤濕，親水性最大。

參考文獻：

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