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表面活性剂的种类与展望

发布日期:2018/10/22 10:31:15

【背景及概述】[1]

表面活性剂在工业生产以及人们的日常生活中已经占有非常重要的地位, 被形象地称为“工业味精”,广泛应用于化妆品、洗涤剂、制药、化工等行业。与此同时,大量使用表面活性剂带来的生态破坏和环境污染也越来越严重。近年来,随着人们环保意识的不断提高,为保护人类的生存环境,实现可持续发展的目标,研究和开发一批温和、安全、高效、易生物降解、保护环境的绿色表面活性剂已经刻不容缓。目前,已有不少专家学者从事这方面研究,并已取得了一定的成果。

表面活性剂( surfactant) 是一类重要的化工材料,具有固定的亲水亲油基团, 在溶液表面能定向排列,并能使溶液表面张力显著下降。表面活性剂按其在水中是否离解,可分为离子型表面活性剂和非离子型表面活性剂。离子型表面活性剂根据溶解后的活性成分又可分为阳离子型、 阴离子型和两性离子型,如图 1。

绿色表面活性剂一般是以天然可再生资源为原料,通过清洁反应制备出的具有两亲性结构的物质,对人体刺激小,易生物降解。但也有一些绿色表面活性剂是在普通表面活性剂的基础上进行结构修饰( 如引入一些特殊基团) ,有的是对一些本来不具有表面活性的物质进行结构修饰,还有一些是合成的具有全新结构的表面活性剂。与传统表面活性剂相比,绿色表面活性剂具有天然性、 温和性、 刺激性小等优良特点。其不仅具有亲水基和憎水基,并且具有高效的去污性、 优良的配伍性及良好的环境相容性, 乳化性、洗涤性、增溶性、润湿性、溶解性和稳定性好等优异性能,因此备受广大科学工作者的亲睐。

【典型的绿色表面活性剂】[2]

1 生物表面活性剂

生物表面活性剂( biosurfactant) 是微生物在代谢过程中分泌出的具有一定生物活性的次级代谢产物。与常规表面活性剂相同,生物表面活性剂由亲水基和疏水基两部分组成,但生物表面活性剂比合成表面活性剂更具有潜在的优势:①可生物降解,无毒或低毒,具有良好的环境相容性,因此可用作化妆品和药品的添加剂;②可用工业废物生产,以减少工业三废;③具有更高的起泡性,在某些苛刻条件( 如极端温度、pH 值、盐浓度) 下具有更高的选择性和专一性;④结构多种多样,可适用于特殊领域。目前生物表面活性剂的应用已经涉及到石油、化工以及环境等众多领域。

2 可降解型表面活性剂

可降解型表面活性剂又叫做暂时性表面活性剂或可控半衰期的表面活性剂( surfactants with controlled half-live) ,其最初的定义是: 在完成其应用功能后,通过酸、碱、盐、热或光的作用能分解成非表面活性物质或转变成新表面活性化合物的一类表面活性剂。这类表面活性剂分子极性头部和疏水链之间往往含有稳定性有限的弱键,该弱键的裂解将直接破坏分子的表面活性,也就是通常所说的表面活性剂初级降解。按可分解官能团的不同一般可将可降解型表面活性剂分为缩醛型和缩酮型两类。与常规表面活性剂相比,可降解型表面活性剂具有更好的环保性能,这类表面活性剂可以解除一些复杂情况。近年来,人们对可降解型表面活性剂的认识已不断深化和发展。环境影响的大小和生物降解性的快慢已逐渐成为判断表面活性剂好坏的重要指标。到目前为止,已有不少研究者试图通过各种方法制备出具有可降解性的新型表面活性剂。

3 反应型表面活性剂

反应型表面活性剂是指带有反应基团的表面活性剂,它不仅具有表面活性, 而且能够与所吸附的基体发生化学反应, 永久地键合到基体表面成为基体的一部分。反应型表面活性剂典型的两个特征是:①具有表面活性, 能参与化学反应, 并且反应后也不丧失其表面活性;②其分子结构中除了亲水基团和亲油基团以外,还应有反应性基团。在很多情况下,使用反应型乳化剂可很好地解决传统乳化剂带来的种种问题, 制备得到表面洁净、带有功能集团的聚合物。

【展望】[2]

资源的紧缺以及人类环保意识的加强,将进一步推动绿色表面活性剂工业的发展。当前,世界表面活性剂市场呈稳定而缓慢的增长趋势,更多新型、 性能优良、易生物降解、高效、安全的表面活性剂出现,会给人们的生活和工业生产注入活力。根据国外一些大公司及专家预测, 未来表面活性剂工业发展趋向主要是: (1) 提高表面活性剂的生物降解性。表面活性剂的可生物降解性将成为未来表面活性剂发展的重要方向,生命周期评价也将成为表面活性剂绿色化过程中的一个重要指标。(2) 大力开发和利用天然可再生资源。开发和利用天然脂肪醇和棕榈油、 糖类、 淀粉等原料制备表面活性剂,可最大限度的降低表面活性剂中的有毒物质,使其符合生态与环保要求。(3) 反应过程的绿色化。采用绿色原料、 催化剂、 溶剂以降低表面活性剂在制备过程对环境产生的污染。(4) 表面活性剂的功能性和有效性。开发和制备一批具有高效功能性的表面活性剂, 具有重要的意义。但是在研究和开发绿色表面活性剂产品的同时, 应进一步加大绿色表面活性剂的使用力度, 促使我国绿色表面活性剂事业实现飞速发展, 进而带动我国其他行业的快速发展。

【主要参考资料】

[1]宋成英.表面活性剂的增溶作用[J].硅谷,2012(10):133-134.

[2]刘俊莉,马建中,鲍艳.绿色表面活性剂的研究进展[J].皮革科学与工程,2010,20(03):34-38.