表面活性剂（ Surfactant ）及其应用

表面活性剂的一般结构

表面活性剂是指能显著降低水的表面张力的一类物质

表面活性剂从结构上看均为两亲分子，即同时具有亲水的极性基团和憎水的非极性基团。

极性头 8 － 18C 长链烷基等非极性基团

非极性基团：

1. 最常见的是 8 － 18 碳的直链烷烃，或环烃等

如 C17H35 －， R － 等

2. 全氟表面活性剂：将上述碳氢链中的氢原子全部用氟原子取代即可。其疏水作用强于碳氢链，其水溶液表面张力可低至 20mN/m 以下

H3C C

CH3

CH3

Si

CH3

CH3

( )4Si

CH3

CH3

O

3. 硅化合物类：如下所示的聚硅氧烷链疏水性很突出

表面活性剂分类

表面活性剂通常采用其极性基团的结构来分类，

离子型

非离子型

阳离子型阴离子型两性型表面活性剂

阳离子型和阴离子型的表面活性剂不能混用，否则可能会发生沉淀而失去活性作用。

常用表面活性剂

1. 阴离子表面活性剂

(1) 羧酸盐 RCOO －

例如： 肥皂中的表面活性成分硬脂酸钠等

(2) 磺酸盐 R-SO3－

例如： 洗衣粉中的十二烷基苯磺酸钠 (ABS) 等(3) 硫酸酯盐 R-OSO3

－

(4) 磷酸酯盐 R-OPO3

2 －

2. 阳离子表面活性剂 具有易吸附于一般固体表面及杀菌性两个特点

(1)伯胺盐 R-NH3＋

(2) 季胺盐 CH3

|例如 C16H33-N+-CH3Br － | CH3

十六烷基溴化铵 ( 俗称 1631)

(3) 吡啶盐 例如 C12H25(NC5H5)+

常用表面活性剂

季胺盐水溶液具有强杀菌性，常用作消毒、杀菌剂

常用表面活性剂

3. 两性表面活性剂

(3) 卵磷脂类 属天然表面活性剂，常用作食品添加剂

(1) 氨基酸型 R-NH2CH2-CH2COO －

洗涤性能良好，常作为特殊洗涤剂

(2) 甜菜碱型 CH3

R-N+-CH2COO-

CH3

去污力强，对纤维有保护作用

4. 非离子表面活性剂

(1)脂肪醇聚氧乙烯醚 R-O-(CH2CH2O)nH

俗称平平加系列，具良好湿润性能

(2) 烷基酚聚氧乙烯醚 R-(C6H4)-O(C2H4O)nH

俗称 OP 系列，化学性质稳定，抗氧化性能强

(3) 聚氧乙烯烷基酰胺 R-CONH(C2H4O)nH

常用作起泡剂、增粘剂 (4) 多元醇型 主要是失水山梨醇的脂肪酸酯及其聚氧乙烯加成物 Span 类 及 Tween 类表面活性剂即属此类 具有低毒的特点，广泛用于医药工业、食品工业以及生化实验

亲水基多为聚氧乙烯基构成，由所含氧乙烯基数目控制其亲水性。稳定性高，与其他类型表面活性剂相容性好，可混合使用

O

OH

OH

O

OH

C

O

R

SpanO

O

O(C2H4O)yH

O

O(C2H4O)zH

C

O

R

H(OC2H4)x

Tween

Gemini

在 Gemini 表面活性剂中 , 两个离子头基是靠联接基团通过化学键而连接的 , 由此造成了两个表面活性剂单体离子相当紧密的连接 , 致使其碳氢链间更容易产生强相互作用 , 即加强了碳氢链间的疏水结合力 , 而且离子头基间的排斥倾向受制于化学键力而被大大削弱这就是 Gemini 表面活性剂和单链单头基表面活性剂相比较 , 具有高表面活性的根本原因。

常用表面活性剂性能参数1. C20 ：降低溶液表面张力 2

0mN·m-1 时所需的表面活性剂浓度 ,

该值愈小表明表面活性剂在界面的吸附能力愈强。

2. 表面活性剂有效值

能够把水的表面张力降低到的最小值。显然，能把水的表面张力降得愈低，该表面活性剂愈有效。

C20

有效值

杂质的原因

20mN/m

常用表面活性剂性能参数

CMC

在表面张力对浓度绘制的曲线 上会出现转折。继续增加活性剂浓度，表面张力不再降低，

3. 临界胶束浓度 ( CMC ) (Critical Micelle Concentration)

表面活性剂溶液中开始形成胶束的最低浓度称为临界胶束浓度。

临界胶束浓度(critical micelle concentration)

表面活性剂浓度变大

C < CMC

分子在溶液表面定向排列，表面张力迅速降低

C ＝ CMC

溶液表面定向排列已经饱和，表面张力达到最小值。开始形成小胶束

C > CMC

溶液中的分子的憎水基相互吸引，分子自发聚集，形成球状、层状胶束，将憎水基埋在胶束内部

胶束 (micelle)

两亲分子溶解在水中达一定浓度时，其非极性部分会

互相吸引，从而使得分子自发形成有序的聚集体，使憎

水基向里、亲水基向外，减小了憎水基与水分子的接触，

使体系能量下降，这种多分子有序聚集体称为胶束。

随着亲水基不同和浓度不同，形成的胶束可呈现棒

状、层状或球状等多种形状。

球形胶束

棒状胶束

层状胶束

脂质双层与细胞膜

临界胶束浓度 (critical micelle concentration)

临界胶束浓度简称 CMC

表面活性剂在溶液中开始形成胶束的最低浓度称为临界胶束浓度。

在 CMC 附近，表面活性剂溶液的许多性质都会出现转折，如表面张力、电导率、去污能力等

可以利用测定表面张力，电导率等方法达到测定临界胶束浓度的目的

常用表面活性剂性能参数－亲水亲油平衡值 (hydrophile-lipophile balance)

Griffin提出了用一个相对的值即 HLB值来衡量表面活性物质的亲水性。对非离子型的表面活性剂， HLB 的计算公式为：

HLB值=

亲水基质量

亲水基质量 + 憎水基质量×20

石蜡无亲水基，所以 HLB=0 聚乙二醇，全部是亲水基， HLB=20。

其余非离子型表面活性剂的 HLB值介于 0 ～ 20 之间。

在表面活性剂的应用中，需根据不同目的选择具备适当亲水亲油性的表面活性剂

HLB值

根据需要，可根据 HLB值选择合适的表面活性剂。例如： HLB值在 2～ 6之间，可作油包水型的乳化剂；8～ 10 之间作润湿剂； 12～ 18 之间作为水包油型乳化剂。

HLB值 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 | |———| |——| |——| |——| |

石蜡 W/O 乳化剂 润湿剂 洗涤剂 增溶剂 | |————| 聚乙二醇 O/W 乳化剂

表面活性剂的重要作用 表面活性剂的用途极广，主要有五个方面：

1. 润湿作用

2.起泡作用

4.增溶作用

3.乳化作用

5. 洗涤作用