表面活性剂

2021-02-26 10:50:42 浏览:541

表面活性剂是一种分子,它能自发地相互结合,形成密封的气泡。表面活性剂是降低两种液体之间、气体和液体之间、液体和固体之间的表面张力(或界面张力)的化合物。表面活性剂可以作为清洁剂、润湿剂、乳化剂、发泡剂或分散剂[1]

图 1 含水悬浮液中油胶束的示意图,如可能出现在含水的油乳状液中。在这个例子中,表面活性剂分子的油溶性尾部投射到油中(蓝色),而水溶性末端与水相保持接触(红色)。

组成结构

表面活性剂一般为具有亲水与疏水基团的有机两性分子,通常是两亲的有机化合物,含有疏水基团(“尾”)和亲水基团(“头”)。亲水基团常为极性基团,如羧酸、磺酸、硫酸、氨基或胺基及其盐,羟基、酰胺基、醚键等也可作为极性亲水基团;而疏水基团常为非极性烃链,如8个碳原子以上烃链。因此,它们在有机溶剂和水中均可溶[2]。当水与油混合时,表面活性剂会在水中扩散,吸附在水与空气的界面或油与水的界面。不溶于水的疏水基团可以延伸出本体水相,进入空气或进入油相,而水溶性头基团仍然处于水相。

 世界表面活性剂的产量估计为每年1500万吨,其中大约一半是肥皂。其他大规模生产的表面活性剂有直链烷基苯磺酸盐(170万吨/年)、木质素磺酸盐(60万吨/年)、脂肪醇乙氧基磺酸盐(70万吨/年)和烷基酚乙氧基磺酸盐(50万吨/年)[3]

界面和表面活性剂层的表征

界面张力和表面张力可以用传统的方法来表征,如悬垂法和纺丝滴法。动态表面张力,即表面张力作为时间的函数,可以通过最大气泡压力仪得到。表面活性剂层的结构可以用椭偏仪或x射线反射率来研究。表面流变学可以用振荡滴法或剪切表面流变仪来表征,如双锥、双环或磁棒剪切表面流变仪[1]

人体中的表面活性剂

人体中能够产生多种表面活性剂。肺表面活性物质在肺部产生,以促进呼吸通过增加肺总容量,肺顺应性。在呼吸窘迫综合征或RDS,表面活性剂替代疗法帮助患者正常呼吸使用药物形式的表面活性剂。药物肺表面活性剂的一个例子是 Survanta (beractant)或其通用形式Beraksurf分别由Abbvie和Tekzima生产。胆盐是肝脏产生的一种表面活性物质,在消化过程中发挥重要作用[4]

分类

表面活性剂分为离子型表面活性剂(包括阳离子表面活性剂与阴离子表面活性剂)、非离子型表面活性剂、两性表面活性剂、复配表面活性剂、其他表面活性剂等。

大多数表面活性剂的“尾巴”是相当相似的,由烃类链组成,它可以是支链的,线性的,或芳香的。氟表面活性剂具有氟碳链。硅氧烷表面活性剂有硅氧烷链。许多重要的表面活性剂包括末端为高极性阴离子基团的聚醚链。聚醚基团通常包括插入以增加表面活性剂亲水性的聚氧乙烯(类聚氧乙烯)序列。相反地,可以插入聚丙烯氧化物以增加表面活性剂的亲脂性。表面活性剂分子有一个尾巴或两个尾巴,那些有两条尾巴的叫做双链。最常见的表面活性剂是按极性头群分类的。非离子表面活性剂的头部没有带电基团。离子表面活性剂的头部带正电荷或负电荷。如果带负电荷,这种表面活性剂就更具体地称为阴离子;如果电荷是正电荷,就叫做阳离子。如果表面活性剂的头部含有两个相反带电荷的基团,则称为两性离子。

 图 2 表面活性剂按其头组成分为:非离子型、阴离子型、阳离子型、两性型。

1、阴离子表面活性剂(硫酸盐,磺酸盐和磷酸盐,羧酸衍生物)

阴离子表面活性剂在其头部含有阴离子官能团,如硫酸盐、磺酸盐、磷酸盐和羧酸盐。主要的烷基硫酸盐包括月桂基硫酸铵、月桂基硫酸钠(十二烷基硫酸钠,SLS或SDS),以及相关的烷基醚硫酸酯月桂基硫酸酯钠(月桂基硫酸酯钠或SLES)和月桂基硫酸酯钠。羧酸盐是最常见的表面活性剂,包括羧酸盐(肥皂),如硬脂酸钠。更特殊的种类包括月桂酰肌酸钠和羧酸盐基氟表面活性剂,如全氟壬酸盐、全氟辛酸盐(PFOA或PFO)。

2、阳离子表面活性剂

该类表面活性剂起作用的部分是阳离子,因此称为阳性皂。其分子结构主要部分是一个五价氮原子,所以也称为季铵化合物。其特点是水溶性大,在酸性与碱性溶液中较稳定,具有良好的表面活性作用和杀菌作用。

常用品种有苯扎氯铵(洁尔灭)和苯扎溴铵(新洁尔灭)等。 

3、两性离子表面活性剂

这类表面活性剂的分子结构中同时具有正、负电荷基团,在不同pH值介质中可表现出阳离子或阴离子表面活性剂的性质。

卵磷脂:是制备注射用乳剂及脂质微粒制剂的主要辅料。

氨基酸型和甜菜碱型:

氨基酸型:R-NH+2-CH2CH2COO-

甜菜碱型:R-N+(CH3)2-COO—

在碱性水溶液中呈阴离子表面活性剂的性质,具有很好的起泡、去污作用;在酸性溶液中则呈阳离子表面活性剂的性质,具有很强的杀菌能力。

4、非离子表面活性剂

非离子表面活性剂具有共价键合的含氧亲水基团,其键合至疏水母体结构。氧基团的水溶性是氢键的结果。氢键随温度升高而降低,因此非离子表面活性剂的水溶性随温度升高而降低。

非离子表面活性剂对水硬度的敏感性不及阴离子表面活性剂,且起泡性较弱。各个类型的非离子表面活性剂之间的差异很小,主要是根据特殊性能(例如,功效和效率,毒性,皮肤病相容性,生物降解性)或食品允许使用的成本来决定选择[5]

烷基葡糖苷:一种新型的非离子表面活性剂,常见的有椰油基葡糖苷、月桂基葡糖苷、鲸蜡硬脂基葡糖苷等。

脂肪酸甘油酯:单硬脂酸甘油酯。

HLB为3~4,主要用作W/O型乳剂辅助乳化剂。

多元醇:

蔗糖酯:HLB(5~13)O/W乳化剂、分散剂

脂肪酸山梨坦(Span) :W/O乳化剂

聚山梨酯(Tween) :O/W乳化剂

聚氧乙烯型:Myrij(卖泽类,长链脂肪酸酯);Brij (脂肪醇酯)

聚氧乙烯-聚氧丙烯共聚物:Poloxamer,能耐受热压灭菌和低温冰冻,静脉乳剂的乳化剂

参考文献

[1] https://en.wikipedia.org/wiki/Surfactant
[2] "Bubbles, Bubbles, Everywhere, But Not a Drop to Drink". The Lipid Chronicles. 11 November 2011. Archived from the original on 26 April 2012. Retrieved 1 August 2012.
[3] Kurt Kosswig "Surfactants" in Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, Wiley-VCH, 2005, Weinheim.
[4] Maldonado-Valderrama, Julia; Wilde, Pete; MacIerzanka, Adam; MacKie, Alan (2011). "The role of bile salts in digestion". Advances in Colloid and Interface Science. 165 (1): 36–46.
[5] Kurt Kosswig "Surfactants" in Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, Wiley-VCH, 2005, Weinheim.

作          者: 泮桥成像光电商城

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