表面活性剂是这样一类物质,它在加入很少量时即能大大降低溶剂的表面(界面)张力(一般以水为标准溶剂)和液一液界面张力,并具有一定特殊结构、亲水亲油特性和特殊吸附性能。
表面活性剂分子都是双亲化合物,分子具有不对称结构。其分子由易溶于水的亲水基和不溶于水而易溶于油的亲油基,即疏水基组成。其示意图为:
表面活性剂的分类,在该学科中广泛采用的是按照它的化学结构来分类。首先,是按照亲水基的类型,即电性质分为离子型与非离子型。离子型又分为阳离子型、阴离子型和两陛。此外还有近年来发展较快的,既有离子型亲水基,又有非离子型亲水基的混合型表面活性剂。表面活陛剂既含有亲水基,又含有亲油基。然而能作为表面活性剂亲水性基团或亲油性基团的种类又很多,因此,由它们组成的表面活性剂数量也多。为更好地了解和用好表面活性剂,必须了解它的分类。
实际使用中,以离子型和工艺用途分类最为普遍。
一、按离子型分类
◆阴离子型表面活性剂。在水中,凡能电离并产生具有活性作用的阴离子基团者,称为阴
离子型表面活性剂。主要有羧酸盐RCOO-M+、磺酸盐R—SO3-M+、硫酸酯盐ROSO3-M+、磷酸酯盐ROPO3-M+等。此类产品主要有洗涤剂、渗透剂、润湿剂、精练剂、分散剂等。
◆阳离子型表面活性剂。在水中,凡能电离并产生具有活性作用的阳离子基团者,称为阳离子型表面活性剂。主要有季铵盐RNR'3+A-,烷基吡啶盐RC5H5N+A-,铵盐RmNHm+A-,m=1~3,n=1~3,R基可以不同或是杂环等。此类产品主要有柔软剂、匀染剂、防水剂、抗静电剂等。
◆两性离子型表面活性剂。在水中能产生电离,而具有表面活性作用的基团同时带有阴、
阳离子的,则称为两性离子型表面活性剂。这类表面活性剂分子中带有两个亲水基团,一个带
正电,一个带负电。其中正电基团主要是氨基和季铵盐,负电基团主要是羧基和磺酸基。氨基丙酸、咪唑啉、甜菜碱、牛磺酸四种是最主要的两性离子型表面活性剂。此类产品主要有柔软剂、匀染剂、抗静电剂等。
◆非离子型表面活性剂。在水中不电离,具有活性作用的基团不带电荷但能发生水化作用的,称为非离子表面活性剂。主要有聚氧乙烯类化合物[RO(C2H2O)nH]、亚砜类化合物(RSOR')、氮氧化合物(RNO)、多元醇类化合物(山梨糖醇、甘油、乙二醇等衍生物)等。还包括聚氧乙烯和聚氧丙烯构成的聚醚型表面活性剂。主要产品有乳化剂、匀染剂、分散剂等。
◆特殊型表面活性剂。
①含氟表面活性剂。在表面活性剂分子的疏水基中,氢原子部分或全部被氟原子取代。由于氟碳链间的相互作用力比碳氢链间的作用力弱,所以氟碳链具有更强的疏水作用,同时还具
有疏油作用。其表面活性远大于一般表面活性剂,水溶液的表面张力可低于20mN/m以下,并
有很低的临界胶束浓度。氟碳链表面活性剂的亲水基与碳氢链表面活性剂相似,也有阴离子型、阳离子型、两性离子型和非离子型各种结构。主要产品有拒油拒水剂等。
②含硅表面活性剂。此类表面活性剂以硅氧链为疏水基,具有很强的表面活性。亲水基可以是羧基、硫酸酯、铵盐及环氧乙烷,分别成为阴离子、阳离子和非离子表面活性剂。主要产品有有机硅柔软剂、改性氨基硅油等。
③高分子表面活性剂。具有较高的相对分子质量(平均为103~106),又有一定表面活性的物质即为高分子表面活性剂。在合成高分子表面活性剂中,除聚醚外,也有将对烷基苯酚与甲醛缩合的线型高分子,与环氧乙烷反应,制成水溶性非离子表面活性剂,也有聚乙烯醇、部分水解的聚丙烯酰胺、聚丙烯酸盐等。主要产品有乳化剂、分散剂、氧漂稳定剂等。