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fcx2092木虫 (正式写手)
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有没有做非离子表面活性剂的？
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想请教一下非离子表面活性剂都有哪些种类？那种最常见？各由什么合成？ 谢谢 |
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fcx2092
木虫 (正式写手)
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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。 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 的加成物速度快,产物中不含游离苯酚。烷基酚聚 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1～8mol EO 的产品是油溶性的,加成12～ 15mol EO 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 或香波用的珠光剂等。PG酯多用作食品添加剂和 ·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: 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” 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 解度和外观等性持随烷基链长不同,制备方法不同 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。 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 Tet ronic。 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 的物理形态从可流动的液体、膏状物、足够硬的固体 · 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Tet ronic 的通式是: 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 和精煤收率,降低药剂的消耗,降低水分,提高固体 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 Ca2 + 、Mg2 + 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 (PEG) 等,除此之外,在膜材料中加入非离子表面活 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γ- 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”。 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 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 3 梁 红,叶代启. 非离子型表面活性剂与ACS 复配在无 磷洗涤剂中的应用. 广东化工,1999 ,3 :25～26 4 李晶晶,徐宝财. 高分子表面活性剂在废水处理中的应 用. 精细化工,2002 , (增刊) :111 5 徐世美,经淑芬等. 表面活性剂在纺织染整中的应用. 日 用化学品科学. 2002 ,6 6 刘晓轩,袁朗白,等. 非离子表面活性剂Tween 80 对钢的 缓蚀作用. 成都大学学报(自然科学版) . 2003 ,2. 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. 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 发与应用. 表面活性剂工业,2000 ,2 :5～8 10 李宗石,刘平芹等. 表面活性剂合成与工艺. 北京:中国 轻工业出版社. 1995. 7 11 梁梦兰. 表面活性剂和洗涤剂———制备性质应用. 北 京:科学技术文献出版社,1992 ,5. Abstract :Nonionic surfactant take on moist and emulsification characteristic. It s characteristic is related to st ructure. Different non - ionic surfactant is applied in different field. There are many styles non - ionic surfac2 tant ,so it has fargoing application ,referring to various fields. Key words :Non - ionic surfactant ;character ;application |
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