非离子表面活性剂的性质及应用_严群芳

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贵州化工

GuizhouChemicalIndustry

2005年10月第30卷第5期

非离子表面活性剂的性质及应用

严群芳

(江苏食品职业技术学院,江苏淮安,223003)

摘 要 非离子表面活性剂具有润湿、乳化等特性,其特性与结构类型有关。不同类型的非离子表面活性剂具有不同的性质特点。非离子表面活性剂的类型较多,应用很广,涉及到人类活动的各个领域。

关键词 非离子表面活性剂 性质 应用

中图分类号 TQ423.2 文献标识码 A 文章编号 1008-9411(2005)05-0004-05

表面活性剂因其能显著降低物质界面张力而广泛应用于纺织、制药、化妆品、食品、土建、采矿以及洗涤等各个领域,是许多工业部门必要的化学助剂,用量虽小,收效甚大。

表面活性剂的种类较多,水溶性的表面活性剂占总量70%以上,其中非离子型表面活性剂占25%左右。非离子表面活性剂是分子中含有在水溶液中不离解的醚基为主要亲水基的表面活性剂,具有优异的润湿和洗涤功能,又可与其它离子型表面活性剂共同使用。非离子表面活性剂的许多优点使其从上世纪70年代起发展很快。

氧乙烯醚的酚羟基对位的烷基碳原子数通常在8~9,低碳支链的烷提高了水溶性和洗涤效能,对酸、碱及氧化剂都较稳定,成本也较低。1.1.3 脂肪酸聚氧乙烯酯

脂肪酸聚氧乙烯酯可由脂肪酸与环氧乙烷的加成反应生成,其通式为RCOO(CH2CH2O)nH。依环氧乙烷加成mol数的多少,聚氧乙烯脂肪酸可以由完全油溶性到完全水溶性,溶解性比醇醚略差。通常加成1~8molEO的产品是油溶性的,加成12~15molEO时在水中分散或溶解。

对同一脂肪酸,加成EO数越多,比重越大,粘度越高。脂肪酸聚氧乙烯化合物在强酸和强碱溶液中均可发生水解,在硬水中形成钙皂,影响其应用。聚氧乙烯脂肪酸与聚氧乙烯的脂肪醇醚和烷基酚醚相比润湿、去污和发泡力均比较差,但它成本低,泡沫少,与各种助剂复合可以配制多种家用和工业用清洗剂,在金属加工中作油脱脂和冷却润滑的添加剂。

1.1.4 聚氧乙烯脂肪胺化合物

通过脂肪胺的聚氧乙烯化,可以制备多种商业化产品。聚氧乙烯烷脂肪基胺表面活性剂有阳离子表面活性剂的性质,但随着环氧乙烷链长的增加逐渐达到非离子表面活性剂的性质。

1.2 多元醇类非离子表面活性剂

这是用多元醇与脂肪酸反应生成的酯作疏水基,其余未反应的羟基作亲水基的一类表面活性剂。1.2.1 一元醇酯

相对分子量不同,不饱和键和支链的存在情况不同,合成的酯可分别作润滑油、合成树脂的增塑剂、化妆品基质、药用溶剂。1.2.2 乙二醇酯

主要在乙烯乙二醇(EG),聚乙烯乙二醇(PEG),丙烯乙二醇(PG)的单酯、多酯。根据其酯化度和PEG聚合度的不同,表面活性和亲水性大小HLB有所变化,可用于印染用增粘剂,各种乳化剂1 非离子表面活性剂的类型及特性

1.1 聚氧乙烯非离子表面活性剂1.1.1 脂肪醇聚氧乙烯醚(AEO)

用脂肪醇,如月桂醇、油醇、十八醇等,以NaOH作催化剂,与环氧乙烷在减压条件下加热合成。AEO具有低起泡性,高分散能力,对悬浮液及乳状液的分散,乳化稳定有特效。AEO的溶解范围可以从完全油溶性到完全水溶性,其溶解特性取决于环氧乙烷的加成的摩尔数。溶解性随EO含量的增加明显提高,比重和粘度随环氧乙烷含量的增加而增大,随温度的提高而减少。它们在50%~70%的水溶液中有很高的粘度,有时生成凝胶体,特别是亲水性大分子量的产品。

表面张力与界面张力随EO数增加而增加。脂肪醇分子量增加时,润湿力有所下降,支链醇比直链醇的润湿性能更好。直链醇比支链醇泡沫力好,洗净性随脂肪醇碳链的增加而提高,对碳数相同的醇而言,支链醇醚的洗涤性能比直链醇醚好。1.1.2 烷基苯酚聚氧乙烯醚类

通过烷基酚和环氧乙烷反应制得

:

由于苯酚为弱酸,其酸度大于脂肪醇,所以生成

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糕点起泡剂。

1.2.3 甘油酯

有单酯、双酯、三酯。单甘油酯HLB低,在水中不会溶解,可形成W/O型乳液。高纯度单甘油酯可作食品添加剂和食品乳化剂。C8~C12的三甘油酯具有耐氧化、溶解力好、粘度低特点,被用作食品香料的溶剂和香料保香、增香剂,化妆品用油剂。1.2.4 新戊基型多元醇脂

由于新戊基多元醇的立体障碍大的结构,提高了耐热性和润溶性,同时还有低温流动性,常用于机械油、引擎油、工业用的各种润滑剂。1.2.5 山梨醇酯

山梨醇酯经分子内失水生成失水山梨醇酯,具有优异的乳化性能和油剂性能。用作医药、化妆品或食品报导化剂,合成树脂用润滑剂、防蚀剂、消泡剂,乳化聚合用稳定剂及亲油性报导化分散剂等。1.2.6 糖酯

葡萄糖、蔗糖等均具有多外羟基,可与月桂酸、棕榈酸、硬脂酸、油酸等酯化而得到糖酯。由于糖类具有较多的羟基,因此,可以酯化成水溶性产品。糖酯大都无味、无臭。糖酯有较低的临界胶束浓度(cmc)和较好降低表面张力的能力,其起泡性较低。糖酯生物降解完全,对人体无毒、无刺激性,可用作食品和医药用乳化剂。1.2.7 烷基糖苷

烷基糖苷是糖的半缩醛羟基与醇反应所生成的具有缩醛结构的衍生物。可用如下结构表示

:

而有很大变化。高碳脂肪酸衍生成的产品熔点高,不易溶解;脂肪基相同时,单烷基醇酰胺比双烷基醇酰胺不易溶解于水。烷基醇胺没有浊点,也其它聚氧乙烯型非离子表面活性剂不同,其水溶性依靠过量的1mol二乙醇胺。

烷基醇酰胺具有使水溶液变稠的特性,浓度低于10%不溶液粘度可增至几百Pa#S。聚氧乙烯型非离子表面活性剂浓度一般需要在40%~50%左右才可得到粘稠的溶液。烷基醇酰胺的起泡性和泡沫稳定性好,常作增泡剂和稳泡剂。月桂酸或椰子油脂肪酸的烷基醇酰胺有悬浮污垢的作用,具有防止污垢再沉积的能力,与洗涤剂配方中的表面活性组分复配时具有良好的增效性。烷基醇酰胺对动植物油脂和矿物油均有很强的脱脂力,浓度较高时,脱脂力尤强。对纤维的吸附性强,洗涤后手感好,具有一定的抗静电作用。1.3.2 氧化胺

氧化胺是有极性的非离子表面活性剂,在水溶液中,依溶液pH值不同,势头化胺可显示非离子性质,也可以显示强离子性质。在中性或碱性条件下,氧化胺在水溶液中以不电离的水化物存在,显示非离子性;在酸性溶液中,它显示弱的阳离子性,与某些阴离子表面活性剂生成沉淀,所以在pH值<7时不能和某些阴离子表面活性剂复配。

氧化胺的表面活性与其烷基链的碳数有关,C10

~C16时有较好的表面活性,小于C10会失去表面活性,大于C16溶解性差。在碱性或中性条件下氧化胺与阴离子、非离子、阳离子、两性离子表面活性剂都能很好地复配伍,并显示协同效应。氧化胺具有优良的泡沫性能,增稠作用,调理作用,无毒性,对皮肤的温和无刺激性,与阴离子表面活性剂复配时,可抑制阴离子表面活性剂使蛋白变性的作用,从而降低阴离子表面活性剂对皮肤的刺激等作用。

n\2的糖苷统称为烷基多糖苷或烷基多苷(APG)。APG有许多卓越的性能,不仅表面活性高,泡沫丰富而稳定,去污及配伍性好,而且无毒、无刺激、生物降解快而彻底。被推为21世纪的/绿色0表面活性剂。APG有很好的润湿和渗透性质,它是非离子表面活性剂对高浓度电解质不敏感,并且这与聚氧乙烯型非离子表面活性剂不同的是它没在浊点。

1.3 含氮的非离子表面活性剂1.3.1 烷基醇酰胺

由脂肪酸和乙醇胺缩合制得的烷基醇酰胺的溶1.4 嵌段聚醚型非离子表面活性剂

嵌段聚醚是以环氧乙烷、环氧丙烷或其它烯烃氧化物为主体,以某些含活泼氢化合物为引发剂的嵌段共聚的非离子表面活性剂。按其聚合方式可分为整嵌、杂嵌、全杂嵌三种类型。其中整嵌型聚醚在嵌段聚醚中最为重要。它的主要商品有Pluronic和Tetronic。

商品Pluronic的通式为:HO(C2H4O)a(C3H6O)b

(C2H4O)cH,Pluronic在结构上可以有很广泛的变化,因此它的物理性质也可以是各种各样,由此也为应用提供了广泛的选择余地。不同的Pluronic产品

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到粉末状均有存在。所有的Pluronic都是100%的活性物,相对来说是不吸湿的。Pluronic产品具有无刺激性、毒性小、不使头皮脱脂等特点,可用于洗发剂,耳、鼻、眼各种药剂滴剂,口腔洗涤剂,牙膏等。也可用作乳化剂及乳液稳定剂、增稠剂。

商品Tetronic的通式是

:

物浓度。

2.2 在洗毛中的应用

毛纺织工业中的洗毛生产长期以来主要使用的是阴离子洗涤洗毛。如脂肪酸皂、工业粉、601、209洗剂等。这些洗剂虽然克服了肥皂在硬水中会生成Ca、Mg皂沉淀的缺点,表面活性比肥皂要好,但是洗液浓度较高,洗剂消耗量大,在碱性介质中洗涤,对洗净毛质量有一定的影响,并且不利于洗毛废水处理。使用非离子洗剂洗毛技术,洗净毛质量明显提高。

非离子洗剂的亲水性主要靠氧原子与水分子之间的氢键结合而成,所以其亲水性主要靠一定数量的含氧基团(-OH,-O-)决定,在水中的溶解度随分子中各种基团的增多而上升。在纺织品加工过程中所用的非离子表面活性剂的氧乙烯基团数一般为8~30。非离子表面活性剂的结构决定其在洗涤方面的优越性,相比离子型表面活性剂有较好的润湿、乳化、增溶等性能。因其在水中不电离,一方面能耐硬水,在溶液中有较高的稳定性;另一方面,不带电荷,在羊毛表面不易产生吸附现象,cmc又较低,所以在较低浓度下也有较强的去污力。非离子表面活性剂与其它活性剂相溶性好,可以混合使用,使洗涤效果能进一步提高,而且它的生物降解度较高,容易生物降解,有利于废水处理。2.3 在药剂中的应用

非离子表面活性剂在溶液中呈不解离状态,决定其比离子型表面活性剂有更好的稳定性和相溶性,且毒性和溶血作用小。不易受电解质和溶液的影响,能与大多数药物配伍等。目前在药剂中已作增溶剂、乳化剂、助悬剂、抗氧剂、渗透剂、清洁去污剂、消毒防腐剂等使用。

在液体制剂中常用非离子型表面活性剂起增溶作用,如不溶于水的蛇木碱,可以加聚环氧乙烷(20)失水山梨醇单油酸酯(Tween80)可以解决不溶的问题。

非离子表面活性剂在乳剂、膏剂和栓剂中主要起乳化作用。注射用乳化剂的要求纯度高、毒性低、无溶血作用及副作用,且化学稳定性良好,贮存期间不应分解,能耐受高温消毒不起浊等。非离子型表面活性剂失水山梨醇聚环氧乙烷型(Tween)及聚环乙烷和聚环氧丙烷嵌段共聚物(pluronic),可作静脉注射用乳剂的乳化剂。

在膜剂中非离子表面活性剂常做成膜材料,常用的有羧甲基纤维素(CMC),Tween80,聚乙二醇类2+

2+

该类商品的水溶性变化范围很大,稀酸加入,其水溶性增加。在水中的溶解度随温度上升而下降。能溶于许多有机溶剂。可作消泡剂、润湿剂。

嵌段聚醚在塑料工业中是硬泡沫塑料的主要成分,但不作为表面活性剂的要求。在纺织印染工业中,可用作纤维抽丝的润滑剂、抗静电剂、柔软剂等,也可用于某些产品的促染及增深剂。在织物的氧漂过程中,某些产品可用作过氧化氢溶液的稳定剂。1.5 甾醇衍生的非离子型表面活性剂

植物和动物都可以在体内合成一些甾醇和甾醇衍生物,甾醇结构不同在生物有机体中具有不同的重要功能。植物甾醇具有消炎和止痒两种功效,有报导植物甾醇的消炎作用与可的松衍生物相似,甾醇及以甾醇为基础的表面活性剂在一些化妆品中作活性组分相当流行。有试验结果表明,甾醇类表面活性剂的毒性非常低,对皮肤无刺激或仅有轻微刺激,特别对眼无刺激。使其主要用于个人保护用品、化妆品、沐浴剂、头发调理剂中,也用于医药中。

2 非离子表面活性剂的应用

2.1 在煤浮选中的应用

我国炼焦精煤普遍存在的问题是灰分高、水分大。浮选是指向煤浆中注入空气,通过添加一定量的药剂,可在煤粒表面上形成一层疏水薄膜,这些颗粒与气泡粘附一起上浮到煤浆表面,从而可从煤浆表面刮出纯的精煤。

浮选药剂的起泡剂大部分来自于各化工厂或酒精厂的副产品(杂醇、仲辛醇、脂化油等)。捕收剂采用传统的煤油或柴油。现有生产复合药剂有的对煤质变化不适应,有的起泡性强、泡沫虚、跑粗以及过滤处理负荷增大,甚至有的复合药剂稳定性差,存在沉淀和阻管现象。在煤用浮选剂中加入烷基酚聚氧乙烯醚、Span等HLB值低非离子表面活性剂与起泡剂和捕收剂进行复配,能改善浮选指标,在流动性及稳定性方面均有明显的提高,可以提高浮选速度

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性剂如PEG,PVP等可以明显增加药物的穿透性。在片剂中非离子表面活性剂主要作用:(1)片剂的粘合剂。常用的有聚乙二醇。(2)片剂的崩解剂。Tween类能增加药物的润湿性,加速水分的渗入及颗粒的空隙和毛细管作用,均可使片剂较快崩解。(3)片剂润滑剂。常用的有,聚氧乙烯月桂醇;PEG4000和PEG6000也有润滑作用,它毒性小,能溶于水,故可作盐洗水、硼酸等可溶性片剂的润滑剂。(4)包衣物料。聚乙烯醇醋酸-苯二甲酸酯(PVAP)是一种新的肠溶性包衣物料,它具有制备简单、成本低、化学性稳定、成膜性能好、抗胃酸能力强、肠溶性可靠、包衣简单等特点。此外还有聚乙烯吡咯烷酮(PVP),PEG等。(5)片剂缓释剂和控释剂。由pluronic的水溶液经C-射线照射后制成交联型凝胶供缓释片用。

在胶囊剂中常用PEG4000和PEG6000提高软胶囊的稳定性和生物利用度。在微胶囊中可作为囊心物中主药的附加剂,也可作为囊材。在气雾剂中作为悬浮剂和制泡剂。

2.4 在颜料表面处理中的应用

酞菁绿是有机颜料中重要的高档颜料。但是,目前我国酞菁颜料的性能与工业发达国家相比,还存在一定的差距。主要表现在颜料粒子较大且分布不均匀及分散稳定性差。这在很大程度上影响了颜料的使用性能。颜料的表面处理技术是提高颜料使用性能的重要手段。徐燕莉通过应用Span、Tween和脂肪胺三种不同类型的非离子表面活性剂对酞菁绿颜料进行表面处理,得出经Span、Tween和脂肪胺处理后的酞菁绿颜料,有利于颜料粒子的细化和窄分布,可以提高颜料的使用性能。

2.5 对沥青性能的影响及在电极生产中的应用

沥青在炭素工业中为粘结剂和浸渍剂,其性能对炭素制品的质量起着非常重要的作用。不仅要有较高的结焦性和在操作温度下对炭料有好的浸润性、渗透性和粘结力,以保证糊料具有良好的可塑性和均匀性,还要能很好浸润和渗透到炭素制品的气孔中,使材料致密化。

浸润性能取决于沥青和炭粒颗粒表面之间的浸润角,而浸润角又与沥青表面张力有关。使用表面活性剂降低沥青的表面张力和粘度,可以减小沥青与炭料颗粒的浸润角,有利于沥青对炭料的粘合作用,提高沥青的浸渍效果。由于沥青的组成和结构特点,非离子表面活性剂适宜作为粘结剂和浸渍剂的沥青的改性。鞍山热能研究院研制的TEP非离

子表面活性剂能显著降低沥青的软化点、粘度、表面张力和喹啉不溶物含量。用添加TEP的沥青作为电极生产的粘结剂,可明显提高糊料塑性改善电极压型操作条件,电极压型成品率明显提高,电极的电阻率降低,质量有所改善。

2.6 在废水处理中的应用

水处理的方法很多,有絮凝沉淀法、生化法、吸附法,但应用最广的是成本最低的絮凝沉淀法。非离子型聚丙烯酰胺是通过其高分子的长链把污水中的许多细小颗粒或油珠吸附后缠在一起而形成架桥。它是一种絮凝能力非常强的絮凝剂,它的絮凝速度比阴离子型PAM快。在油田含油污水处理时,通常与铝盐配合使用。非离子型PAM作为高选择性的絮凝剂,用于使用膨润土的低固相钻井泥浆中,因为它可以絮凝被钻下的岩屑,而使膨润土仍然保持分散状态。

此外,刘晓轩、袁朗白等研究表明非离子表面活性剂Tween80对钢具有缓蚀作用。梁红、叶代启通过实验发现,用非离子表面活性剂AEO-10为主成份与阴离子表面活性剂ACS复配制取无磷洗涤剂不受硬水的影响,在较大的温度范围内具有稳定均匀的洗涤性能,并且具有可生物降解及低泡等对环境保护有利的特性。刘彩华、卢孟文研究了烷基多苷的功能特性,表面活性高、泡沫细腻稳定、去污力较强、生物降解性能好、刺激性低,对人和环境无害,在洗面奶中可以应用。在纺织染整,纳米氧化铅粉体合成等许多方面都有应用。

3 结束语

表面活性剂具有改变气-液、液-液及液-固界面性质的能力,使其具有起泡、消泡、乳化、分散、润湿、增溶等多方面的性能,因此表面活性剂存在于人类活动的各个领域,应用在化妆品调制、食品加工、纤维加工、纺织品印染及整理、农药和医药的加工、矿物浮选、石油开采、油品处理、洗涤等各个工业部门,而被誉为/工业味精0。

由于对家用洗涤剂需要量的增加,对低泡、非磷和生物降解要求的提高,非离子表面活性剂的优异的润湿和洗涤功能,并可与阴离子和阳离子表面活性剂兼容,又不受硬水中钙、镁离子的影响促使其得到迅速地增长。

参考文献

1 徐燕莉.非离子表面活性剂在颜料表面处理中的应用.北

京化工大学学报.1998,3:77

(下转22页)

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环保、更经济。

1 中国石油化工集团公司工程建设管理部.国家质量监督

检验检疫总局锅炉压力容器安全监察局.全国压力管道设计审批人员考核培训教材.北京:中国石化出版社,

(收稿日期 2005-07-27)

作者简介

文宗术,助理工程师,1999年毕业于青岛化工学院,现在贵州省化工医药规划设计院从事工程设计工作。

BriefDiscussionofPipingDesignofaPolypropyleneEquipment

WenZongshu

(GuizhouInstituteofChemicalEngineeringandPharmaceuticalPlanningDesign,Guiyang,Guizhou550002)Abstract:Theproducingtechnology,constituteofapolypropyleneequipmentandexperiencesfrompipingdesignarebrieflystatedinthearticle.

Keywords:Polypropylene;equipment;pipingdesign

(上接7页)

2 胡 博.表面活性剂对沥青性能的影响及其在电极生产

中的应用.炭素技术.1998,(1):35~36

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7 李 玲.表面活性剂在纳米氧化铅粉体合成中的应用.日

用化学工业.2002,4.

作者简介

严群芳,女,1971年8月生,江苏省洪泽县人,本科毕业,现为讲师。

8 刘彩华,卢孟文.烷基多苷的功能特性及其在洗面奶中应

用.江苏化工,2002,4.

9 常致成.脂肪酰胺和脂肪酸酯类非离子表面活性剂的开

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10 李宗石,刘平芹等.表面活性剂合成与工艺.北京:中国

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京:科学技术文献出版社,1992,5.

(收稿日期 2005-07-13)

TheCharacteristicandApplicationofNonionicSurfactant

YanQunfang

(JiangsuFoodScienceCollege,huai.an,Jiangsu223003)

Abstract:Nonionicsurfactanttakeonmoistandemulsificationcharacteristic.Itscharacteristicisrelatedtostructure.Differentnon-ionicsurfactantisappliedindifferentfield.Therearemanystylesnon-ionicsurfac-tant,soithasfargoingapplication,referringtovariousfields.

Keywords:Non-ionicsurfactant;character;application

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