表面活性剂的应用

2017-03-01 16:50:36 上海博易和化工有限公司 阅读

 表面活性剂是一大类有机化合物,它们的性质极具特色,应用极为灵活、广泛,有很大的实用价值。表面活性剂已作为乳化剂,洗涤剂,润湿剂,渗透剂,起泡剂,加溶剂,分散剂,悬浮剂,水泥减水剂,织物柔软剂,匀染剂,固色剂,杀菌剂,催化剂,防水剂,防污剂,润滑剂,防酸雾剂,防尘剂,防腐剂,铺展剂,增稠剂,透膜剂,浮选剂,流平剂,驱油剂,防结块剂,除臭剂,抗静电剂,表面改性剂等数十种功能试剂而应用于日常生活和许多工农业生产领域。表面活性剂除大量应用于洗涤剂工业和化妆品工业外,还作为助剂或添加剂用于食品、乳品、造纸、制革、玻璃、石油、化纤、纺织、印染、油漆、医药、农药、胶片、照相、电镀、金属加工、选矿、新材料、工业清洗、建筑等传统工业,以及高新技术领域。它们虽然常常不是该工业产品的主体,但却能在各种产品的生产中起到画龙点睛的关键作用。它的用量虽然不大,但能起到增加产品品种、降低消耗、节约能源、提高质量等关键作用。

一、表面活性剂在纺织工业中的应用

    表面活性剂广泛地应用于纺织工业。如在纺丝、纺纱、上浆、机织或针织、精炼(炼漂)、染色、印花、整理等各道纺织加工工序中,都要使用表面活性剂或以表面活性剂为主体的助剂,以提高功效、简化工艺、改善性能和提高质量。在实际应用过程中,表面活性剂被用作净洗剂、润湿剂、渗透剂、乳化剂、增溶剂、发泡剂、消泡剂、平滑剂、分散剂、匀染剂、缓染剂、固色剂、精炼剂、柔软剂、抗静电剂、防水剂、杀菌剂等。在纺织工业中应用最早的是非离子表面活性剂,虽然近年来其消耗比例逐渐下降,但相对于其他工业部门,其用量仍然很大,广泛作为增溶剂、净洗剂、润湿剂、分散剂、乳化剂、匀染剂、精炼剂、柔软剂、抗静电剂等。离子表面活性剂中阴离子表面活性剂主要用作净洗剂、渗透剂、润湿剂、乳化剂和分散剂等;阳离子表面活性剂,因纤维多带负电荷而能牢固地吸附在织物上,常用作织物柔软剂、匀染剂、防水剂、抗静电剂和固色剂等;两性表面活性剂一般则用作金属络合染料的匀染剂、织物柔软剂和抗静电剂等。

二、表面活性剂在制革和毛皮工业中的应用

制革工艺过程相当复杂繁琐,从裸皮到成革需要经过多道工序。在鞣制之前,要进行浸水、浸灰、酶软化、浸酸和去酸、脱脂等准备工作;鞣制之后还要进行染色、加脂、整饰等。所有这些工序中都需要使用表面活性剂做助剂,以促进各工序的理化作用和进程,缩短生产周期,提高成革质量,节约化工原料。

毛皮加工也需要经过多道工序,在浸水、脱脂、软化、鞣制、漂白、染色、加脂、整饰等工序中也都需要使用表面活性剂做助剂。制革必须除去动物毛,而毛皮加工则要求尽可能不损伤毛的原有结构,使用表面活性剂即可起到良好的保护作用。

表面活性剂在皮革生产和毛皮加工中的主要作用是增溶、乳化、润湿、渗透、起泡、消泡、洗涤、匀染和固色等。在各个工序中,对其所起的作用要求不同,如在浸水中,主要要求它起润湿和渗透作用;脱脂中,要求它起乳化、润湿和渗透作用;去污中,要求它具有良好的增溶作用;染色中要求它具有良好的扩散、渗透和泡沫作用;加脂中,要求它具有良好的乳化性能等。

三、表面活性剂在制浆造纸工业中的应用

纸张是由纸浆制成的。纸浆则是以某些植物,如木材、草类、棉为原料,利用化学方法或机械方法除去其中全部或大部分杂质,得到的纯净或近于纯净的植物纤维浆。纸浆中除了构成纤维的主要成分纤维素外,还含有半纤维素、木质素和少量树脂、色素、胶质等物质。就造纸而言,纤维素和半纤维素是构成纸浆的基本成分,而其他杂质组分存在于纸浆中对纸的质量造成不良影响,在造纸过程中应尽量除去,故在纸张形成过程中需使用化学助剂。化学助剂可分为过程助剂和功能助剂两大类,过程助剂是以促进和改善纸页形成过程效率为主,防止产生波动和干扰的化学品,包括助留剂、助滤剂、树脂控制剂、消泡剂、成型助剂、防腐剂、网和毛毡清洗剂等;功能助剂是以提高最终产品使用性能和质量的化学品,包括干强剂、湿强剂、施胶剂、填料、染料、增白剂、柔软剂等。

在制浆造纸工业中广泛采用表面活性剂作为化学助剂应用于蒸煮制浆、废纸脱墨、纸张抄造、成品整饰、纸张加工、废水处理等工艺过程中,对于改进工艺,提高产品质量、增加经济效益、减少环境污染起着重要的作用。例如表面活性剂在蒸煮制浆中用作树脂脱除剂和分散剂以及木片和棉纤维渗透剂;在废纸制造再生浆的过程中用作废纸脱墨剂;在纸张施胶工序中用作施胶剂和乳化剂;在抄纸过程中用作消泡剂、毛毡清洗剂;在纸张涂料中用作分散剂、消泡剂、润滑剂、防腐剂、抗静电剂、乳化稳定剂;在薄型纸制品加工中用作柔软剂和润湿剂等。

四、表面活性剂在食品工业中的应用

随着科学技术的进步,生产力的发展和消费水平的提高,人们对食品提出越来越多的要求。食品首先要求卫生、安全和具有营养价值,其次还应具有良好的色、香、味、形等感官特性。在食品加工、储藏和品种开发中,不仅要注意食品原料、加工工艺和设备、食品包装和保藏方法的选择,而且要重视食品添加剂的选择使用。表面活性剂是一类最主要的食品添加剂,广泛用于各类食品生产,其用量虽少,但对提高食品质量、开发食品新品种、改进生产工艺、延长食品保藏保鲜期,提高生产效率等有显著效果。

表面活性剂在食品工业中主要用作食品乳化剂、消泡剂、制糖助剂、清洗剂和水果剥皮剂等,应用最广泛的是食品乳化剂。

五、表面活性剂在石油工业中的应用

    在石油工业中,表面活性剂作为油田化学品广泛用于钻井、固井、采油、油气集输、三次采油和油田水处理等中,对于保证钻井安全,提高原油采收率、油品质量、生产效率和经济效益,以及设备防护、降低集输成本和防止环境污染等方面起着重要的作用。当今,表面活性剂已成为油田开发中必不可少的油田化学品。

在石油工业中的各个环节大量使用各种表面活性剂做乳化剂、破乳剂、发泡剂、润湿剂、缓蚀剂、增粘剂、除垢剂、杀菌剂等,用于配制钻井液、解卡液、固井液、泡沫排液、驱油剂、防蜡剂和清蜡剂、润湿降阻剂、乳化降粘剂、压裂液、酸化液、杀菌剂、原油破乳剂、降凝降粘剂、减阻剂、抗氧化剂、抗磨剂、清净剂、防锈剂、抗静电剂、燃油节能添加剂等。

常用的阴离子表面活性剂有高级脂肪酸盐、环烷酸盐、烷基苯磺酸盐、烷基磺酸盐、α-烯烃磺酸盐、石油磺酸盐、烷基硫酸盐、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸盐、烷基琥珀酸盐、烷基磷酸酯盐、脂肪醇聚氧乙烯醚磷酸酯盐等。

常用的阳离子表面活性剂有脂肪胺盐酸盐、脂肪基咪唑啉乙酸盐、烷基三甲基氯化铵、烷基二甲基苄基氯化铵、咪唑型铵盐、聚季铵盐、双烷基二甲基氯化铵、烷基氯化吡啶、烷基胺乙酸盐、烷基二甲基胺乙酸盐、吉米奇双子季铵盐、多头季铵盐等。

常用的两性表面活性剂有烷基甜菜碱、磺基甜菜碱、咪唑啉型两性表面活性剂等。

常用的非离子表面活性剂有脂肪醇聚氧乙烯醚、烷基酚聚氧乙烯醚、脂肪胺聚氧乙烯醚、脂肪酰烷醇胺、脂肪酰烷醇胺聚氧乙烯醚、聚氧乙烯聚氧丙烯嵌段型聚醚、甘油脂肪酸酯聚氧乙烯失水山梨醇脂肪酸酯等。

六、表面活性剂在金属加工中的应用

    在金属加工工业中,表面活性剂广泛用于金属清洗、酸洗、磷化处理和金属的车、铣、刨、磨、钻、压、拔、抛光、铸造,以及电镀和防腐蚀等工艺中。在各工艺中使用表面活性剂不但能改进和简化工艺过程,减轻劳动强度,而且还能提高产品质量,增加产品附加值,节约原材料和降低产品成本。各国都在积极开发适用于金属加工的新表面活性剂和研究表面活性剂复配技术,以满足金属加工工业各个方面的需求。

在金属清洗工艺中使用以表面活性剂为主要成分的各类清洗剂,清洗效果好,不仅能清除金属表面的油污,还能清洗干净手汗、无机盐等污垢,而且使用安全、无毒,还能防腐蚀、节约能源、减少对环境污染,适合机械化自动清洗。

在金属酸洗工艺中,使用添加有表面活性剂的酸洗液,可以提高酸洗除锈效果,对金属还起一定的缓蚀作用。酸洗会产生大量酸雾,既影响人体健康又污染环境,还会严重腐蚀厂房和设备,使用表面活性剂抑雾既方便又简单,效果又好。工艺中使用的抑雾剂都由各种表面活性剂复配而成。

在金属磷化(发蓝)处理工艺中,钢板经酸洗后的中和工艺中,中和液内需添加一定的表面活性剂做乳化剂,以加速中和反应,并保证中和完全。磷化处理所用磷化剂也都加有表面活性剂,其主要作用是起清洁、缓蚀和表面调理作用,常用的表面活性剂有聚氧乙烯型非离子表面活性剂与石油磺酸盐阴离子表面活性剂的复配物。

在金属切削工艺中使用的切削液也添加有表面活性剂,主要起乳化、润湿、润滑和洗净作用,还有防蚀性能。常用的表面活性剂为聚氧乙烯型非离子表面活性剂、脂肪胺类阳离子表面活性剂以及磺酸盐和磷酸酯阴离子表面活性剂等。

在金属材料和制品淬火工艺中使用由矿物油和表面活性剂复配的淬火液进行淬火,可以使淬火均匀,淬火件易清洗。

在金属焊接工艺中已广泛使用表面活性剂,如金属焊接前用含表面活性剂的处理液加以处理,可以防止焊渣飞溅和飞溅物黏附,并可提高焊接效果,焊接点更加牢固。

在铸造工艺中也大量使用表面活性剂,可提高铸件和铸型质量,并提高生产率、降低生产成本。

在金属制件进行电镀的工艺中使用表面活性剂,可得到致密的微晶,使镀层光亮、平整、均匀、无针孔、无麻点,镀层与基体金属结合力强,能显著提高铸件质量,还能节约电能。

七、表面活性剂在采矿、煤炭工业中的应用

矿物经过开采、富集达到一定品位才能冶炼、生产出各种金属原料。一般,矿物开采出后均需进行选矿富集处理。选矿的方法很多,有浮游选矿法(简称浮选法)、萃取选矿法、膜分离选矿法、磁性选矿法和微生物选矿法等。在选矿中广泛使用表面活性剂做助剂,例如在浮选法中用作捕收剂、起泡剂、调节剂。

在煤炭工业中,表面活性剂作为多功能助剂,广泛应用于各生产过程。如可用作煤泥浮选剂、脱水剂、降尘剂、抑扬剂、絮凝剂、水煤浆和油煤浆的分散剂、润湿剂及稳定剂等。

八、表面活性剂在涂料工业中的应用

涂料是指涂于物体表面,能够形成具有保护、装饰或特殊性能的涂膜工程材料。人们俗称的油漆就是涂料的一种类型。涂料有多方面的作用:在日常生活、房屋建筑、木器家具、日用工业等用颜色鲜艳的涂料来涂饰,起装饰作用,可赋予物体以美的感觉,提高其商品价值;对建筑材料、木材、金属等用涂料来涂覆,起保护作用,以增加物品经久耐用,防止被腐蚀;涂料用作色彩标志,可作为交通信号、危险品标志等;不同组成的涂料还可以起各种特殊的作用,如防火、防潮、防霉、伪装、变色、保温、防辐射、防毒气污染等。

涂料一般由成膜物质、颜料、溶剂和助剂四大类原料组成。成膜物质是组成涂料的基础;颜料一般为微细的粉末状的有色物质;除无溶剂涂料外,各种液态涂料一般都含有溶剂,目前用作涂料溶剂的组分有水、脂肪烃、芳香烃、醇、酯、醚、酮、萜烯、含氯有机物等;助剂是涂料的辅助组分,助剂一般都是表面活性剂,在涂料中所起作用十分显著。

按照对涂料所起的作用,涂料用表面活性剂可以分为以下几种类型:(1)在涂料生产过程中:消泡剂、润湿剂、分散剂、乳化剂等(2)涂料储存过程:防结皮剂、防沉淀剂等(3)涂料施工成膜:催干剂、固化剂、流平剂、防流挂剂等(4)对涂膜性能发生作用:增塑剂、平光剂、防霉剂、阻燃剂、防静电剂、紫外吸收剂等。

九、表面活性剂在纳米材料中的应用

纳米材料科学是一门新兴的并正在迅速发展的科学,是近些年来材料科学研究的热点之一。而表面活性剂是由性质不同的疏水和亲水部分构成的两亲性分子,由于其两亲分子结构在溶液中产生疏水效应,使表面活性剂分子在一定条件下,可以有序的排列形成各种结构的表面活性剂分子有序组合体。两亲分子的有序组合体是构成生命基本结构单元的基础,也是目前制备功能性材料或实现某些化学物质的功能化而依赖的一种重要手段。近年来,科学家们利用表面活性剂在溶液中形成的各种分子有序组合体如胶束、反胶束、微乳液、溶致液晶以及囊泡等作为反应介质或模板可以有效地对纳米粒子的大小和形貌进行调控,其中作为微反应器的反胶束所形成的“ 水池是一个特殊的纳米空间,由于其尺寸小且彼此分离,在水池” 中生成的纳米粒子也呈单分散,并且生成粒子表面覆盖有表面活性剂,可以抑制粒子发生团聚,受到了人们极大的重视。

十、表面活性剂在化学催化中的应用

任何化学反应速率都与化学反应环境的性质有着密切的关系,人们发现,在由易溶于水和易溶于油的两种反应物构成的反应体系中加入某些表面活性剂后,化学反应速率会明显的提高,并把这种作用称为表面活性催化作用。表面活性剂催化化学反应过程主要有胶束催化和相转移催化,其中胶束催化与酶催化有相似之处。表面活性剂对有机反应的催化作用,一般认为是与胶束的形成有关,即所谓的胶束催化作用。

十一、表面活性剂在微乳液中的酶催化反应中的应用

表面活性剂的加入能够提高有机溶剂中的酶活力,这主要表现在以下三个方面:(1)表面活性剂分子的极性头与酶分子结合紧密,因而使酶分子在有机相中分散,提高酶分子与底物间的碰撞几率;(2)表面活性剂分子的疏水尾部在有机相中能很好地吸引疏水性底物使疏水性底物很容易接近酶;(3)有效地避免底物和产物对酶的抑制。研究微乳液中酶催化反应所用的表面活性剂一般为阴离子型、阳离子型、两性型或非离子型表面活性剂,如:二-( 2-乙基己基琥珀酸酯磺酸钠( AOT )、十二烷基聚氧乙烯醚( C12E4 )、卵磷脂、十六烷基三甲基溴化按(CTAB)等。

十二、表面活性剂在生物模拟中的应用

表面活性剂所形成的反胶束和微乳液内部独特的水池结构与生物膜中的水相似。该水池能将酶及其它生物分子包裹其中,为底物的增溶提供一个特殊的微环境,而且一些亲水性的物质,如酶、蛋白质和金属离子等易增溶于其中。为了模拟生物体系,人们首先利用双烃链表面活性剂(因为其结构类似于构成细胞膜主要成分的磷脂分子)为模板,研究其聚集体的物理化学性质及反胶束形成一解体的条件,可将这些亲水性物质进行分离和富集出来,并且由此体系水核中分离提取出的蛋白质能保持其天然构型,不易造成失活。因此,对反胶束或微乳液水池的研究有利于深人理解生物体中(如酶之间)的相互作用,以模拟生物膜,来更细致地解释一些生物化学和生物物理现象。

十三、表面活性剂在药物缓释中的应用

药物载体能够改变药物进入体内的方式及在体内的分布,控制药物的释放速率,并将药物输送到靶向器官的体系,可防止药物过早降解、灭活、排泄以及发生人体免疫反应等。为了寻找合适的药物载体,人们对一些体系进行了研究,包括白蛋白、红细胞、某些酶蛋白和微球、脂质体以及单克隆抗体等。其中表面活性剂形成的多种分子有序组合体,如胶束、微乳液、液晶、囊泡等,因为具有包载药物分子的能力,同时又对生物膜具有良好的渗透性成为药物载体的重要研究领域。

十四、表面活性剂在农药及生命科学中的应用

近年来,为了解决乳油农药中的甲苯、二甲苯污染及提高药效,利用微乳技术制备的微乳农药,发展迅速,微乳农药中所用的表面活性剂可以为阴离子型、阳离子型、两性型或非离子型表面活性剂,如L-77,改进L-77APGCAPG(阳离子烷基糖苷)等。

在生命科学领域,利用表面活性剂进行药物剂型转换,制备缓释控释药物,拆分手性化合物,探索其用于提纯DNA、传输DNA等已成为医药生命科学领域的热点。